Polimer kaplı parçacıklar kullanılarak kendinden montajlı metal-organik çerçeve tek tabakalarının sentezi ve karakterizasyonu

Özet

Polimer aşılı, metal-organik çerçeve (MOF) kristalleri kullanılarak kendinden montajlı metal-organik çerçeve tek katmanlarının sentezi ve karakterizasyonu için bir protokol sağlanır. Prosedür, polimer aşılı MOF parçacıklarının, taramalı elektron mikroskobu görüntüleme ile kanıtlandığı gibi, iyi şekillendirilmiş, serbest duran, tek katmanlı yapılarla sonuçlanan bir hava-su arayüzünde kendi kendine monte edilebileceğini göstermektedir.

Özet

Metal-organik çerçeveler (MOF'lar), gaz adsorpsiyonu ve ayırma, kataliz ve biyotıp gibi alanlarda potansiyel uygulamaları olan malzemelerdir. MOF'ların faydasını arttırma girişimleri, polimer aşılı MOF'lar da dahil olmak üzere çeşitli kompozitlerin hazırlanmasını içermiştir. Polimerlerin MOF'ların dış yüzeyine doğrudan aşılanmasıyla, polimerler ve MOF'lar arasındaki uyumsuzluk sorunlarının üstesinden gelinebilir. MOF'ların yüzeyinden aşılanan polimer fırçalar, polimer-polimer etkileşimleri yoluyla kendi kendine monte edilmiş metal-organik çerçeve tek katmanlarına (SAMM'ler) partikül montajını sağlarken MOF'u stabilize etmeye hizmet edebilir.

Aşılanmış polimerin kimyasal bileşimi ve moleküler ağırlığı üzerinde kontrol, SAMM özelliklerinin ayarlanmasına izin verebilir. Bu çalışmada, bir zincir transfer ajanının (CTA) MOF UiO-66'nın (UiO = Universitetet i Oslo) yüzeyine nasıl hareketsiz hale getirileceğine dair talimatlar verilmiştir. CTA, polimerlerin büyümesi için başlangıç bölgeleri olarak hizmet eder. Polimer zincirleri MOF yüzeyinden büyütüldükten sonra, SAMM'lerin oluşumu, bir hava-su arayüzünde kendi kendine montaj yoluyla elde edilir. Elde edilen SAMM'ler, taramalı elektron mikroskobu görüntüleme ile karakterize edilir ve bağımsız oldukları gösterilir. Bu yazıda sunulan yöntemlerin, SAMM'lerin hazırlanmasını araştırma topluluğu için daha erişilebilir hale getirmesi ve böylece bir MOF-polimer kompozit olarak potansiyel kullanımlarını genişletmesi beklenmektedir.

Giriş

Metal-organik çerçeveler (MOF'lar), organik ligandların veya metal düğümlerin ^1,2 modifikasyonları yoluyla kolayca ayarlanabilirken geniş yüzey alanları sunan kristalimsi, gözenekli malzemelerdir. MOF'lar iki bileşenden oluşur: bir organik ligand ve metal iyonları (veya ikincil yapı birimleri, SBU'lar olarak adlandırılan metal iyon kümeleri). MOF'lar kimyasal (örneğin gaz) depolama, ayırma, kataliz, algılama ve ilaç dağıtımı için araştırılmıştır. Genel olarak, MOF'lar kristal tozlar şeklinde sentezlenir; Bununla birlikte, birçok uygulamada kullanım kolaylığı için, gerekli olmasa da diğer form faktörlerine form....

Protokol

1. UiO-66'nın cat-DDMAT ile yüzey modifikasyonu

1. UiO-66 çözücüsünü metanolden su ile değiştirin.
   1. UiO-66'yı 20 mg / mL konsantrasyonda metanol içinde hazırlayın.
      NOT: Wang ve ^ark.20'ye göre, homojen UiO-66 sentezden sonra DMF ve metanol ile yıkanır ve daha sonra metanol içinde dağılmış halde saklanır.
   2. 10 mL UiO-66 süspansiyonunu bir pipet kullanarak 15 mL'lik bir konik santrifüj tüpüne aktarın.
   3. 10 dakika boyunca yaklaşık 10.000 × g'da santrifüjleme yapın, süpernatanı çıkarın ve 10 mL deiyonize (DI) su ekleyin.
      NOT: Bu koşullar altında partiküllerin tam olarak çökelmediği durum....

Tartışmalar

SAMM'leri üretecek polimer aşılı MOF'ları başarılı bir şekilde sentezlemek için ayrıntılara özel dikkat gösterilmesi gereken birkaç kritik adım vardır. İlk olarak, RAFT polimerizasyonunda kullanılan monomerler, istenmeyen polimerizasyonu önlemek için depolama sırasında inhibitörler veya stabilizatörler ile desteklenir (örneğin, hidrokinon veya hidrokinonun monometil eteri, MEHQ). Bu katkı maddelerini uzaklaştırmak için, kullanımdan önce damıtma yoluyla saflaştırma gereklidir

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
2-(dodecylthiocarbonothioylthio)-2-methylpropionic acid (DDMAT)	Sigma-Aldrich	723010	98%
10 mL Single Neck RBF	Chemglass	CG-1506-82	14/20 Outer Joint
Acetone	Fisher Chemical	A18-20	ACS Grade
Allegra X-30R Centrifuge	BECKMAN COULTER	B06320	1.6 L max capacity, 18,000 RPM, 29,756 x g
Analog Vortex Mixer	VWR	10153-838	300 - 3,200 rpm
cat-DDMAT			Prepared according to literature procedure (ref. 17).
Centrifuge Tube, 50 mL / 15 mL	CORNING	430291 / 430766	Conical Bottom with plug seal cap, polypropylene
Chloroform	Fisher Chemical	AC423550040	99.8%
Conventional needles	Becton Dickinson	382903051670	21 G x 1 1/2
Copper wire	Malin Co.		No. 30 B & S GAUGE
Dimethyl Sulfoxide (DMSO)	Fisher Bioreagents	BP231-1	>=99.7%
Disposable Pasteur Pipets	Fisher Scientific	13-678-20C	Borosilicate Glass
Ethanol	KOPTEC	V1001	200 proof ethanol
Glass Scintillation Vial, 20 mL	KIMBIL	74508-20
Graduated Cylinder, 10 mL	KIMBIL	20024-10
Hypodermic Needles	Air-Tite	N224	22 G x 4''
Methanol	Fisher Chemical	A412-20	99.8%
Methyl Acrylate	Aldrich Chemistry	M27301	99%, contains =< 100 ppm monomethyl ether hydroquinone as inhibitor
Micropipette P10 (1 - 10 µL)	GILSON	F144055M	PIPETMAN, Metal Ejector
Micropipette P1000 (100 - 1,000 µL)	GILSON	F144059M	PIPETMAN, Metal Ejector
Micropipette P20 (2 - 20 µL)	GILSON	F144056M	PIPETMAN, Metal Ejector
Microscope cover glass	Fisher Scientific	12542A	18 mm x 18 mm
NN-Dimerhylformamide (DMF)	Fisher Chemical	D119-4	99.8%
Petri Dish, Stackable Lid	Fisher Scientific	FB0875713A	60 mm x 15 mm
Septum Stopper	Chemglass	CG302401	14/20 - 14/35
Stir Bar	Chemglass	CG-2005T-01	Magnetic, PTFE, Turbo, Rare Earth, Elliptical, 10 x 6mm
SuperNuova+ Stirring Hot Plate	Thermo Scientific	SP88857190	50 - 1,500 rpm, 30 - 450 °C
Toluene	Fisher Chemical	T324-4	99.5%
Tris[2-phenylpyridinato-C2,N]iridium(III) (Ir(ppy)3)	Sigma-Aldrich	688096	97%
UiO-66 (120 nm edge length)			Prepared according to literature procedure (ref. 18).
Ultrasonic Cleaner CPX3800H	EMERSON / BRANSON	CPX-952-318R	40 kHz, 5.7 L
Waterproof Flexible LED Strip Light	ALITOVE	ALT-5B300WPBK	16.4 ft 5050 Blue LED