توليف وتوصيف أحاديات الإطار المعدني العضوي المجمعة ذاتيا باستخدام الجسيمات المطلية بالبوليمر

الأطر المعدنية العضوية (MOFs) هي مواد بلورية مسامية توفر مساحات سطح كبيرة بينما يمكن ضبطها بسهولة من خلال تعديلات الروابط العضوية أو العقد المعدنية ^1,2. يتم إنشاء الأطر الفلزية العضوية من مكونين: ليجند عضوي وأيونات معدنية (أو مجموعات أيون معدنية يشار إليها باسم وحدات البناء الثانوية ، SBUs). تم التحقيق في الأطر الفلزية العضوية لتخزين المواد الكيميائية (مثل الغاز) ، والفصل ، والحفز ، والاستشعار ، وتوصيل الأدوية. بشكل عام ، يتم تصنيع الأطر الفلزية العضوية في شكل مساحيق بلورية. ومع ذلك ، لسهولة التعامل في العديد من التطبيقات ، فإن الصياغة في عوامل الشكل الأخرى أمر مرغوب فيه إن لم يكن ضروريا ^3,4. فعلى سبيل المثال، تم الإبلاغ عن أغشية المصفوفة المختلطة (MMMs) للأطر الفلزية العضوية مع البوليمرات كمركب مفيد بشكل خاص من الأطر الفلزية العضوية والبوليمرات⁵. ومع ذلك ، في بعض الحالات ، قد يكون ل MMMs قيود بسبب عدم التوافق / عدم الامتزاج بين مكونات MOF والبوليمر ^5,6. لذلك ، تم استكشاف استراتيجيات لدمج تطعيم البوليمر مباشرة على جزيئات الأطر الفلزية العضوية لتشكيل أطر عضوية عضوية مطعمة بالبوليمر.

تظهر الجسيمات النانوية غير العضوية والمعدنية سلوكا فريدا من حيث الخصائص البصرية والمغناطيسية والتحفيزية والميكانيكية ^7,8. ومع ذلك ، فإنها تميل إلى التجمع بسهولة بعد التوليف ، مما قد يعيق قابليتها للمعالجة. لتعزيز قابليتها للمعالجة ، يمكن تطعيم سلاسل البوليمر على سطح الجسيمات⁹. توفر الجسيمات النانوية ذات كثافة التطعيم العالية تشتتا واستقرارا ممتازين بسبب التفاعلات الفعالة المواتية بين البوليمرات السطحية وتفاعلات تنافر المذيبات والانتروبيا بين الجسيمات¹⁰. يمكن تحقيق تطعيم البوليمرات على أسطح الجسيمات من خلال مجموعة متنوعة من الاستراتيجيات¹¹. النهج الأكثر مباشرة هو استراتيجية "التطعيم إلى" الجسيمات ، حيث يتم إدخال المجموعات الوظيفية ، مثل الثيول أو الأحماض الكربوكسيلية ، في نهايات سلاسل البوليمر لترتبط مباشرة بالجسيم النانوي. عندما توجد مجموعات كيميائية تكميلية ، مثل هيدروكسيل أو إيبوكسيدات ، على سطح الجسيمات ، يمكن تطعيم سلاسل البوليمر على هذه المجموعات عبر الطرق الكيميائية التساهمية^12,13. تتضمن طريقة "التطعيم من" الجسيمات أو البلمرة التي يبدأها السطح تثبيت البادئين أو عوامل نقل السلسلة (CTAs) على سطح الجسيمات النانوية ثم زراعة سلاسل البوليمر على سطح الجسيمات من خلال البلمرة التي تبدأ بالسطح. غالبا ما تحقق هذه الطريقة كثافة تطعيم أعلى من نهج "التطعيم إلى". علاوة على ذلك ، يتيح التطعيم من تخليق البوليمرات المشتركة للكتلة ، وبالتالي توسيع تنوع هياكل البوليمر التي يمكن تجميدها على سطح الجسيمات.

بدأت أمثلة على تطعيم البوليمر على جزيئات الأطر الفلزية العضوية في الظهور ، تركز إلى حد كبير على تركيب مواقع البلمرة على الروابط العضوية لل MOF. في دراسة حديثة نشرها Shojaei وزملاؤه ، تم ربط مجموعات الفينيل تساهميا بروابط MOF UiO-66-NH 2 المستندة إلى Zr (IV_{) (} UiO = Universitetet i Oslo ، حيث يحتوي ليجند حمض التريفثاليك على بديل أميني) ، متبوعا بلمرة ميثيل ميثاكريلات (MMA) لإنشاء أطر عضوية عضوية مطعمة بالبوليمر بكثافة تطعيم عالية (الشكل 1 أ)¹⁴. وبالمثل ، قام ماتزجر وزملاؤه بتشغيل مجموعات الأمين على جسيمات MOF-5 ذات الغلاف الأساسي (المعروف أيضا باسم IRMOF-3@MOF-5) مع مجموعات 2-برومو-أيزو-بوتيل. باستخدام البلمرة التي بدأتها مجموعات 2-برومو-إيزو-بوتيل ، قاموا بإنشاء بولي (ميثيل ميثاكريلات) (PMMA) - مطعمة PMMA@IRMOF-3@MOF-5¹⁵.

بالإضافة إلى تشغيل ليجند الأطر الفلزية العضوية للتطعيم من البلمرة ، تم أيضا استكشاف طرق جديدة لإنشاء مواقع لتطعيم البوليمر عبر التنسيق مع المراكز المعدنية (المعروفة أيضا باسم وحدات إدارة الأعمال) التابعة للأطر الفلكية. على سبيل المثال ، يمكن استخدام الرباط الذي يمكن أن يرتبط بالمراكز المعدنية للأطر الفلزية العضوية ، مثل الكاتيكول (الشكل 1 ب) ، للتنسيق مع المواقع المعدنية المكشوفة على سطح الأطر الفلزية العضوية. باستخدام عامل نقل سلسلة وظيفي بالكاتيكول (cat-CTA ، الشكل 1B) ، يمكن تشغيل سطح MOF وجعله مناسبا للتطعيم من البلمرة.

في الآونة الأخيرة ، تم استخدام الإستراتيجية المذكورة أعلاه لتوليف مركبات البوليمر MOFs لإنشاء طبقات أحادية MOF قائمة بذاتها^16،17،18. تم تشغيل الأطر الفلزية العضوية مثل UiO-66 و MIL-88B-NH₂ (MIL = مواد معهد لافوازييه) بشكل سطحي باستخدام pMMA باستخدام استراتيجية ligand-CTA (الشكل 1B). تم تجميع جزيئات MOF المطعمة بالبوليمر ذاتيا في واجهة الهواء والماء لتشكيل طبقات أحادية الإطار المعدني العضوي ذاتية الدعم والمجمعة ذاتيا (SAMMs) بسمك ~ 250 نانومتر. كان محتوى البوليمر في هذه المركبات ~ 20 بالوزن ، مما يشير إلى أن SAMMs تحتوي على ~ 80٪ بالوزن٪ تحميل MOF. أظهرت دراسات المتابعة أنه يمكن تطعيم بوليمرات الفينيل المختلفة على UiO-66 لإنتاج SAMMs بخصائص مختلفة¹⁹. تم استخدام التقنيات التحليلية مثل التحليل الحراري الوزني (TGA) ، وتشتت الضوء الديناميكي (DLS) ، وكروماتوغرافيا تغلغل الهلام (GPC) لحساب ارتفاع فرشاة البوليمر وكثافة التطعيم لمركبات البوليمر MOF المطعمة بالسطح.

هنا ، يتم تقديم تحضير SAMMs من UiO-66-pMA (pMA = poly (ميثيل أكريلات)). لبلمرة ميثيل أكريلات (MA) ، يتم استخدام 2- (دوديسيل ثيوكربونوثيولثيولثيو) -2-حمض ميثيل بروبيونيك (DDMAT ، الشكل 1B) باعتباره CTA¹⁹. يعد تشغيل جسيمات UiO-66 باستخدام cat-DDMAT أمرا ضروريا لتطعيم pMA. يمكن تصنيع Cat-DDMAT من خلال إجراء أسيل من خطوتين من CTA المتاح تجاريا وهيدروكلوريد الدوبامين¹⁹. من الضروري أيضا استخدام جزيئات UiO-66 ذات الحجم الموحد للتكوين الناجح ل SAMMs¹⁹ ؛ لذلك ، تم تحضير UiO-66 المستخدم في هذه الدراسة باستخدام طريقة الإضافة المستمرة²⁰. طريقة البلمرة المستخدمة لتشكيل جزيئات الأطر الفلزية العضوية المطعمة بالبوليمر هي نقل سلسلة الإضافة والتجزئة القابلة للانعكاس (RAFT) المستحثة ضوئيا والتي تتم تحت ضوء LED الأزرق (باستخدام مفاعل ضوئي مدمج داخليا ، الشكل 2) مع محفز ضوئي ثلاثي (2-فينيل بيريدين) إيريديوم (Ir(ppy)₃). تعطي بلمرة RAFT تشتتا ضيقا للبوليمر يمكن التحكم فيه بدقة. يتم تضمين CTA الحر أثناء تفاعل البلمرة لأن نسبة عامل النقل إلى المونومر تسمح بالتحكم في الوزن الجزيئي أثناء البلمرة. كمية عامل نقل cat-DDMAT على سطح جزيئات MOF صغيرة ؛ لذلك ، تتم إضافة CTA الحرة الزائدة ويتم حساب كمية المونومر المراد استخدامها بناء على كمية CTA المجانية الموجودة²¹. بعد البلمرة ، تتم إزالة البوليمر الحر المنتج من CTA الحر عن طريق الغسيل ، تاركا فقط UiO-66-pMA المطعمة بالبوليمر. بعد ذلك ، يتم تشتيت هذا المركب في التولوين بتركيز عال ويستخدم لتشكيل SAMMs في واجهة الهواء والماء.

1. تعديل سطح UiO-66 مع cat-DDMAT

1. تبادل مذيب UiO-66 من الميثانول بالماء.
   1. تحضير UiO-66 في الميثانول بتركيز 20 مجم / مل.
      ملاحظة: وفقا ل Wang et ^al.20 ، يتم غسل UiO-66 المتجانس باستخدام DMF والميثانول بعد التوليف ثم يتم تخزينه في حالة مشتتة في الميثانول.
   2. انقل 10 مل من تعليق UiO-66 إلى أنبوب طرد مركزي مخروطي سعة 15 مل باستخدام ماصة.
   3. قم بإجراء الطرد المركزي عند حوالي 10000 × جم لمدة 10 دقائق ، وقم بإزالة المادة الطافية ، وأضف 10 مل من الماء منزوع الأيونات (DI).
      ملاحظة: في الحالات التي لا تستقر فيها الجسيمات تماما في ظل هذه الظروف ، يمكن إجراء خطوة طرد مركزي إضافية مدتها 10 دقائق.
   4. إعادة تشتيت جزيئات UiO-66 في الماء.
      ملاحظة: للحصول على تشتت مناسب ، قد يكون من الضروري استخدام صوتنة ودوامة (يمكن استخدام السرعة القصوى) في درجة حرارة الغرفة.
   5. أجهزة الطرد المركزي مرة أخرى تحت نفس الحالة كما في الخطوة 1.1.3 ، أضف 10 مل من مياه DI العذبة ، وأعد التفريق.
2. حل 10 ملغ من القط DDMAT في 5 مل من الكلوروفورم.
   1. تزن 10 ملغ من cat-DDMAT في قارورة سعة 20 مل.
   2. أضف 5 مل من الكلوروفورم إلى القارورة باستخدام مخبار مدرج.
   3. ختم القارورة و sonicate في درجة حرارة الغرفة حتى يتم التوصل إلى حل واضح.
3. دوامة حل cat-DDMAT مع حل UiO-66 لمدة 3 دقائق.
   1. انقل تشتت المياه UiO-66 بالتتابع من الخطوة 1.1 ومحلول cat-DDMAT من الخطوة 1.2 إلى أنبوب طرد مركزي مخروطي سعة 40 مل.
   2. تأكد من الخلط الكافي عن طريق الدوامة لمدة 3 دقائق.
4. أضف 20 مل من الإيثانول إلى الخليط باستخدام أسطوانة ورجها للخلط الشامل.
   ملاحظة: قد تكون هناك حاجة إلى بعض الدوامة الإضافية للخلط المناسب.
5. إخضاع الخليط للطرد المركزي ، ويغسل ب 40 مل من الإيثانول ، ويفرق في 10 مل من DMSO للتخزين.
   1. أجهزة الطرد المركزي عند حوالي 10000 × جم لمدة 10 دقائق ، قم بإزالة المادة الطافية ، وأضف 40 مل من الإيثانول الطازج.
      ملاحظة: في الحالات التي لا تستقر فيها الجسيمات تماما في ظل هذه الظروف ، يمكن إجراء خطوة طرد مركزي إضافية مدتها 10 دقائق.
   2. Sonicate لضمان إعادة التشتت السليم.
   3. أجهزة الطرد المركزي مرة أخرى تحت نفس الحالة كما في الخطوة 1.5.1 ، أضف 40 مل من الإيثانول الطازج ، وأعد التفريق.
      ملاحظة: عند الطرد المركزي ، يمكن ملاحظة أن UiO-66 الأبيض الأصلي يتحول إلى أصفر باهت ، مما يؤكد العمل باستخدام DDMAT.
   4. بعد جولة أخرى من الطرد المركزي ، أضف 5 مل من DMSO إلى الأنبوب.
   5. قم بتنشيط الجسيمات لتحقيق أقصى قدر من التشتت والنقل إلى أنبوب طرد مركزي مخروطي سعة 15 مل.
   6. أضف 5 مل من DMSO الطازج إلى أنبوب 50 مل لتفريق الجسيمات المتبقية.
   7. انقل تشتت DMSO في أنبوب 50 مل إلى أنبوب 15 مل لدمجه مع تشتت DMSO الأصلي.
   8. تخلط من خلال دوامة وصوتنة ، ثم تخزين العينة.
      ملاحظة: يسمح اللون الأصفر ل cat-DDMAT بمراقبة وظائف السطح من خلال تغيير لون الجسيمات (الشكل 3)

2. بلمرة ميثيل أكريليت من UiO-66-DDMAT

1. انقل 2 مل من تشتت UiO-66-DDMAT في DMSO إلى دورق مستدير القاع سعة 10 مل (RBF) باستخدام ماصة.
   ملاحظة: إذا تم تخزين التشتت لفترة طويلة ، فيمكن جعله موحدا مرة أخرى من خلال دوامة إضافية وصوتنة قبل نقله إلى RBF.
2. أضف محلول مخزون المحفز Ir(ppy)₃ ومحلول مخزون DDMAT أثناء التحريك.
   1. ضع قضيب تقليب داخل RBF وقم بتثبيته على طبق التحريك.
   2. ابدأ التقليب وأضف 12 ميكرولتر من محلول مخزون Ir(ppy)₃ (1 مجم / مل في DMF) باستخدام ماصة ميكروية.
   3. أضف 0.45 مل من محلول مخزون DDMAT (10 مجم / مل في DMF) باستخدام ماصة ميكروية.
      ملاحظة: تم تحضير محاليل مخزون Ir(ppy)₃ و DDMAT مسبقا بتركيزات كل منها وتخزينها في الثلاجة على مقياس 1-3 مل.
3. أضف 1.7 مل من أكريلات الميثيل إلى قارورة سعة 20 مل وقم بإذابتها في 2 مل من DMSO الطازج باستخدام ماصة دقيقة.
   ملاحظة: يمكن استخدام Sonication لتحقيق تكوين محلول متجانس.
4. أضف المحلول بالتنقيط ببطء إلى دورق التفاعل.
5. توقف عن التقليب ، وأغلق RBF بحاجز ، وتخلص من الغازات لمدة 15 دقيقة.
   1. توقف عن التقليب وأغلق RBF بإحكام بحاجز.
   2. قم بتوصيل الإبرة الطويلة (في حدود 21 إلى 22 جرام) بمشعب إمداد النيتروجين.
   3. أدخل الإبرة الطويلة عبر الحاجز للوصول إلى طبقة الهواء الداخلية ل RBF.
   4. أدخل إبرة قصيرة (في حدود 21 إلى 22 جم) عبر الحاجز لإنشاء منفذ.
   5. افتح صمام النيتروجين واخفض الإبرة الطويلة إلى أسفل RBF.
   6. ارفع الإبرة الطويلة بعد 15 دقيقة إلى طبقة الهواء الداخلية ل RBF.
   7. قم بإزالة الإبرة القصيرة أولا ، متبوعة بالإبرة الطويلة ، لضمان عدم دخول الهواء الخارجي إلى RBF.
   8. أغلق صمام النيتروجين.
6. ابدأ التفاعل تحت مصدر ضوء LED أزرق (λ = 455 نانومتر).
   1. ضع مفاعلا ضوئيا LED مدمجا داخليا بالضوء الأزرق على لوحة تحريك.
      ملاحظة: تم بناء المفاعل الضوئي باستخدام شريط إضاءة LED مرن مقاوم للماء 12 فولت (الشكل 2).
   2. قم بتوصيل الطاقة ، وتحقق من انبعاث الضوء ، وقم بتغطية الجزء العلوي بورق الألمنيوم لمنع التعرض المفرط للضوء الأزرق.
      ملاحظة: لا تغلقه تماما للسماح للحرارة المتولدة أثناء البلمرة بالخروج.
   3. أعد تشغيل التحريك.
7. قم بإيقاف تشغيل مؤشر LED عندما تزداد لزوجة محلول التفاعل إلى النقطة التي لم يعد من الممكن تحريكها.
8. أضف الأسيتون الزائد إلى RBF ، وقم بتخفيف الخليط ، وانقله إلى أنبوب سعة 50 مل.
   1. قم بإزالة الحاجز من RBF وأضف الأسيتون لملء الفراغ.
   2. يقلب لمدة 1 ساعة تقريبا لتحقيق خليط متجانس.
   3. انقل الخليط إلى أنبوب طرد مركزي مخروطي سعة 50 مل.
   4. أضف الأسيتون الطازج إلى RBF وحركه لمدة ساعة أخرى لجمع أي منتجات متبقية.
   5. انقل الخليط الموجود في الكرات القائمة على النتائج إلى أنبوب سعة 50 مل ليتحد مع الخليط الذي تم جمعه في البداية.
9. املأ ما يصل إلى 40 مل بالأسيتون واخلطه لإذابة البوليمر الحر.
10. اغسل الخليط حتى لا يذوب البوليمر الحر في الأسيتون ، ثم قم بتغيير المذيب إلى التولوين.
    1. بعد الطرد المركزي وإزالة المواد الطافية ، اضبط مستوى الصوت على 40 مل باستخدام الأسيتون الطازج.
    2. تفريق الجسيمات من خلال صوتنة ودوامة ، تليها جولة أخرى من الطرد المركزي.
    3. كرر حتى لا يذوب البوليمر الحر في المادة الطافية.
       ملاحظة: قد يكون النقع طوال الليل في الأسيتون الطازج بعد التشتت طريقة فعالة لتسهيل إطلاق البوليمرات طويلة السلسلة.
11. تفريق جزيئات المنتج في 10 مل من التولوين.
    1. أضف 5 مل من التولوين إلى المنتج بعد إزالة المادة الطافية.
    2. تفريق الجسيمات من خلال صوتنة ودوامة ، ثم نقل إلى أنبوب طرد مركزي مخروطي جديد 15 مل.
    3. أضف التولوين الطازج (5 مل) إلى أنبوب 50 مل لتفريق أي جزيئات متبقية.
    4. انقل تشتت التولوين من أنبوب 50 mL إلى أنبوب 15 mL ليتحد مع تشتت التولوين الأصلي.
    5. تخلط من خلال دوامة وصوتنة ، ثم تخزين العينة.
       ملاحظة: يتم الحصول على UiO-66-pMA المشتت بشكل متجانس كتعليق شفاف. (الشكل 3)

3. التجميع الذاتي للجسيمات

1. بعد الطرد المركزي ، قم بتفريق الجسيمات في التولوين إلى حجم أقل من 20٪ من الكمية الأصلية.
   1. الطرد المركزي تعليق الجسيمات المشتتة بالتولوين في نفس الحالة كما في الخطوة 1.1.3.
   2. قم بإزالة المادة الطافية وإضافة التولوين لتحقيق حجم تعليق إجمالي قدره 1-2 مل.
      ملاحظة: قد يختلف التركيز المناسب اعتمادا على حجم طبق بتري المستخدم وحجم الجسيمات والوزن الجزيئي للبوليمر.
   3. تفريق الجسيمات تماما من خلال صوتنة.
2. تحضير طبق بتري (قطر 60 مم) عن طريق إضافة ماء DI.
3. قم بإسقاط ما يقرب من 10 ميكرولتر بعناية من تشتت التولوين (أي ما يعادل قطرة واحدة) على سطح ماء DI.
   ملاحظة: لا تقم بإضافة أكثر من قطرة واحدة. عند إضافة التشتت ، يمكن ضبط الأداة المستخدمة للتحكم في حجم القطرة. قد يختلف حجم القطرة المناسب اعتمادا على حجم طبق بتري وحجم الجسيمات والوزن الجزيئي للبوليمر.
4. ضع غطاء الطبق فوقه للسماح للتولوين بالتبخر ببطء.
5. بعد تبخر كل التولوين على السطح وتشكيل غشاء أحادي الطبقة ، قم بإزالة الغطاء.
6. استخدم حلقة مصنوعة من الأسلاك النحاسية لإزالة جزء من الطبقة الأحادية بعناية.
   ملاحظة: يجب تحضير السلك النحاسي المستخدم في غرف الطبقة الأحادية ليكون له شكل دائري مسطح تقريبا.
7. بعد تبخير المياه المتبقية المرتبطة ببعضها البعض ، يمكن ملاحظة طبقة أحادية قائمة بذاتها.
8. للتحضير لمسح قياسات صور المجهر الإلكتروني (SEM) ، قم بمسح الطبقة الأحادية المتكونة على سطح الماء بعناية باستخدام قطعة من الزجاج الرقيق.

عندما يتم إسقاط الأطر العضوية العضوية المطعمة بالبوليمر بلطف على الماء من تشتت التولوين المركز (كما هو موضح في الشكل 4 أ) ، تتشكل طبقة أحادية في بضع ثوان بمظهر قزحي الألوان. علاوة على ذلك ، فإن استخدام قالب مصنوع من الأسلاك النحاسية لرفع هذه الطبقة الأحادية ثم تجفيف المياه التي تم الحصول عليها يسمح بتكوين SAMMs قائمة بذاتها (الشكل 4 ب). بعد نقل الطبقة الأحادية إلى غطاء مجهر زجاجي وتجفيفها ، يظهر تصوير SEM جزيئات مجمعة ذاتيا (الشكل 5). في الشكل 5 أ ، تكون الجسيمات طبقة أحادية منتظمة. يبدو مورفولوجيا UiO-66 ، وهو ثماني السطوح منتظم (عند تحضيره في ظل ظروف اصطناعية معينة) ، أكثر تقريبا قليلا بسبب وجود فرشاة البوليمر. علاوة على ذلك ، فإن معظم الفراغات بين الجسيمات ليست مفتوحة ولكنها مملوءة بالبوليمر. عند مراقبة محيط الطبقة الأحادية ، يمكن ملاحظة المناطق التي قد تعكس عملية التجميع الذاتي غير المكتمل (الشكل 5 ب) ، مما يشير إلى أنها لم تشكل الطبقة الأحادية بالكامل بعد. خلال هذه المرحلة ، يمكن ملاحظة البوليمر الممتد الذي يسد الفجوات بين الجسيمات. في عملية نقل SAMMs إلى الزجاج لقياسات SEM ، قد تكون هناك حالات تصبح فيها الطبقة الأحادية مزاحة قليلا. ومع ذلك ، في حالة SAMMs التي تم تصنيعها بنجاح ، لا تتشتت الجسيمات بشكل فردي ولكنها تظهر عامل شكل مشابه لعامل الغشاء المطوي (الشكل 5C).

على النقيض من ذلك ، إذا لم يتم تحضير جزيئات MOF المطعمة بالبوليمر بشكل صحيح ، يتم ملاحظة ميزات مختلفة بواسطة صور SEM (الشكل 6). إذا كان تشتت الجسيمات غير كاف (أي أثناء عملية التوليف والخطوات التي تنطوي على الدوامة أو الصوتنة) ، ملاحظة تجمع الجسيمات كمجاميع (الشكل 6 أ). على وجه الخصوص ، عند إعداد معلقات الجسيمات عالية التركيز لخطوة التجميع الذاتي النهائية ، هناك حاجة إلى اهتمام دقيق لضمان تشتت الجسيمات بشكل جيد في الحد الأدنى من كمية التولوين. بالإضافة إلى ذلك ، كما هو موضح في الشكل 6B ، C ، يمكن أن تتجمع الجسيمات في هياكل متعددة الطبقات ، بدلا من الطبقات الأحادية المطلوبة. يمكن أن يحدث توليد متعدد الطبقات بسبب عدة عوامل مختلفة. على سبيل المثال ، إذا لم يتم تحريك خليط التفاعل جيدا أثناء عملية بلمرة التطعيم ، فقد يؤدي ذلك إلى تراكم جسيمات لا رجعة فيه لا يسمح بتكوين تشتتات متجانسة في التولوين. سبب آخر للطبقات المتعددة هو تركيز الجسيمات في محلول التولوين الذي يكون مرتفعا جدا بحيث لا يمكن استيعابه بواسطة مساحة سطح الماء المحدودة. للحصول على SAMMs مرتبة بالتساوي ، يعد الجمع الصحيح بين حجم الطبق (أي سطح الماء المكشوف) وتركيز التعليق أمرا بالغ الأهمية. على سبيل المثال ، عند استخدام طبق بتري بقطر 60 مم ، فإن قطرة 10 ميكرولتر من تشتت 50 مجم / مل تسمح بتكوين SAMMs القابل للتكرار.

الشكل 1: تطعيم البوليمرات على جسيمات الأطر الفلزية العضوية. (أ) التطعيم من تخليق الرباط العضوي ل PMMA-g-GMA-UiO-66. (ب) التطعيم من المراكز المعدنية تخليق UiO-66-pMA وتجميعها الذاتي في طبقات أحادية الفلكلور. تم اقتباس الشكل 1 أ من Molavi et al.14. الاختصارات: MOF = إطار معدني عضوي ؛ GMA = غليسيديل ميثاكريلات. UiO = جامعة أوسلو; THF = رباعي هيدروفيوران. DCM = ثنائي كلورو ميثان ؛ PMMA = بولي (ميثيل ميثاكريلات) ؛ DDMAT = 2- (دوديسيل ثيوكربونوثيولثيولثيو) -2-حمض ميثيل بروبيونيك ؛ pMA = بولي (ميثيل أكريلات) ؛ DMSO = ثنائي ميثيل سلفوكسيد. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: وعاء تفاعل LED مدمج في المنزل مبطن بشرائط LED زرقاء. تم تصنيع وعاء التفاعل من (أ) حاوية ألومنيوم قطرها 17 سم و (ب) شريط إضاءة LED مرن مقاوم للماء 12 فولت. الاختصار: LED = الصمام الثنائي الباعث للضوء. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: صور فوتوغرافية للأطر العضوية العضوية البكر والسطحية الوظيفية والمطعمة بالبوليمر. (أ) UiO-66 ، MOF البكر ، في الميثانول ، (B) UiO-66-DDMAT ، MOF وظيفي سطحي ، في DMSO ، (C) UiO-66-pMA ، أطر عضوية عضوية مطعمة بالبوليمر ، في التولوين. الاختصارات: MOF = إطار معدني عضوي ؛ UiO = جامعة أوسلو; DDMAT = 2- (دوديسيل ثيوكربونوثيولثيولثيو) -2-حمض ميثيل بروبيونيك ؛ pMA = بولي (ميثيل أكريلات) ؛ DMSO = ثنائي ميثيل سلفوكسيد. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: صور فوتوغرافية ل SAMMs. (أ) SAMMs قزحي الألوان تشكلت عند السطح البيني بين الهواء والماء. (ب) SAMMs قائمة بذاتها معلقة على سلك نحاسي. الاختصارات: الأطر الفلزية العضوية = الأطر المعدنية العضوية؛ SAMMs = أحاديات الطبقة أحادية الإطار المعدني العضوي ذاتية التجميع. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: صور SEM ل SAMMs. (أ) الجسيمات المرتبة بالتساوي ، وتشكيل طبقة أحادية. (ب) التجميع الذاتي غير الكامل، الذي لوحظ عند حواف الطبقة الأحادية المتكونة عند السطح البيني بين الهواء والماء. (ج) يمكن طي بعض الأجزاء جيدة التكوين من الطبقة الأحادية أثناء عملية نقل الطبقة الأحادية إلى الزجاج. قضبان المقياس = 1 ميكرومتر. الاختصارات: SAMMs = أحادية الطبقة أحادية الإطار المعدني العضوي ذاتية التجميع ؛ SEM = المجهر الإلكتروني الماسح. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6: صور SEM ل SAMMs غير المتجانسة. (أ) المجموعات المجمعة. ب: تركيب متعدد الطبقات غير منتظم يتكون من تراكم قوي للجسيمات. ج: وجود سطح خشن بسبب الفشل في تكوين طبقة أحادية منتظمة. الاختصارات: SAMMs = أحادية الطبقة أحادية الإطار المعدني العضوي ذاتية التجميع ؛ SEM = المجهر الإلكتروني الماسح. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 7: صور للأطر الفلزية العضوية المهضومة باستخدام HF. (أ) UiO-66-pMA منتشرة في التولوين. (ب) هضم UiO-66-pMA باستخدام HF. المختصرات: الأطر العضوية العضوية = الأطر المعدنية العضوية؛ HF = حمض الهيدروفلوريك ؛ UiO = جامعة أوسلو; pMA = بولي (ميثيل أكريلات). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للكشف عنه.