يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

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

3K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/66497

⸱

يونيو 14, 2024

 , 
1Department of Chemistry and Biochemistry, University of California, San Diego

في هذه المقالة

ملخص

يتم توفير بروتوكول لتوليف وتوصيف أحاديات الإطار المعدني العضوي ذاتية التجميع باستخدام بلورات الإطار المعدني العضوي المطعمة بالبوليمر (MOF). يوضح الإجراء أن جزيئات MOF المطعمة بالبوليمر يمكن تجميعها ذاتيا في واجهة الهواء والماء مما يؤدي إلى هياكل أحادية الطبقة جيدة التكوين وقائمة بذاتها كما يتضح من التصوير المجهري الإلكتروني الماسح.

الملخص

الأطر المعدنية العضوية (MOFs) هي مواد ذات تطبيقات محتملة في مجالات مثل امتصاص الغاز وفصله ، والحفز ، والطب الحيوي. وقد انطوت محاولات تعزيز فائدة الأطر الفلزية العضوية على تحضير مركبات مختلفة، بما في ذلك الأطر الفلزية العضوية المطعمة بالبوليمر. عن طريق تطعيم البوليمرات مباشرة على السطح الخارجي للأطر الفلزية العضوية ، يمكن التغلب على مشكلات عدم التوافق بين البوليمرات والأطر الفلزية العضوية. يمكن أن تعمل فرش البوليمر المطعمة من سطح الأطر العضوية العضوية على تثبيت الأطر الفلزية العضوية مع تمكين تجميع الجسيمات في أحاديات الإطار المعدني العضوي ذاتية التجميع (SAMMs) عبر تفاعلات البوليمر والبوليمر.

يمكن أن يسمح التحكم في التركيب الكيميائي والوزن الجزيئي للبوليمر المطعمة بضبط خصائص SAMM. في هذا العمل ، يتم توفير تعليمات حول كيفية تثبيت عامل نقل السلسلة (CTA) على سطح MOF UiO-66 (UiO = Universitetet i Oslo). يعمل CTA كمواقع بدء لنمو البوليمرات. بمجرد نمو سلاسل البوليمر من سطح الأطر الفلزية العضوية ، يتم تحقيق تكوين SAMMs من خلال التجميع الذاتي في واجهة الهواء والماء. تتميز SAMMs الناتجة وتبين أنها قائمة بذاتها عن طريق التصوير المجهري الإلكتروني الماسح. من المتوقع أن تجعل الطرق المقدمة في هذه الورقة إعداد SAMMs في متناول مجتمع البحث وبالتالي توسيع استخدامها المحتمل كمركب بوليمر MOF.

المقدمة

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 التساهمية12,13. 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 بذاتها16،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.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

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.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

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...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

هناك العديد من الخطوات الحاسمة التي تتطلب اهتماما خاصا بالتفاصيل لتجميع الأطر الفلزية العضوية المطعمة بالبوليمر بنجاح والتي ستنتج SAMMs. أولا ، يتم استكمال المونومرات المستخدمة في بلمرة RAFT بمثبطات أو مثبتات أثناء التخزين لمنع البلمرة غير المرغوب فيها (على سبيل المثال ، الهيدروكينون أو أحادي ميثيل الأثير للهيدروكينون ، MEHQ). لإزالة هذه المواد المضافة ، يلزم التنقية من خلال التقطير قبل الاستخدام22. في الخطوة 2.4 من البروتوكول ، من الضروري تخفيف مونومر أكريليت الميثيل في DMSO قبل إضافته إلى خليط ا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للكشف عنه.

شكر وتقدير

تم دعم M.K. بمنحة من المؤسسة الوطنية للعلوم ، قسم الكيمياء بموجب الجائزة رقم. CHE-2153240. وقدمت وزارة الطاقة التابعة لمكتب علوم الطاقة الأساسية وشعبة علوم وهندسة المواد دعما إضافيا للمواد واللوازم بموجب الجائزة رقم. DE-FG02-08ER46519. تم إجراء تصوير SEM جزئيا في البنية التحتية لتكنولوجيا النانو في سان دييغو (SDNI) في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو ، وهي عضو في البنية التحتية الوطنية المنسقة لتكنولوجيا النانو ، والتي تدعمها المؤسسة الوطنية للعلوم (ECCS-1542148).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
2- (dodecylthiocarbonothioylthio) -2-حمض ميثيل بروبيونيك (DDMAT)سيجما ألدريتش72301098٪
10 مل رقبة واحدة RBFChemglassCG-1506-8214/20 المفصل الخارجي
الأسيتونفيشر الكيميائيةA18-20ACS الصف
Allegra X-30R جهاز طرد مركزيBECKMAN COULTERB06320سعة قصوى 1.6 لتر ، 18،000 دورة في الدقيقة ، 29،756 × جم
خلاط دوامة تناظريVWR10153-838300 - 3,200 دورة في الدقيقة
cat-DDMATمحضر وفقا لإجراءات الأدبيات (المرجع 17).
أنبوب الطرد المركزي ، 50 مل / 15 ملكورنينج430291 / 430766قاع مخروطي الشكل مع غطاء ختم التوصيل ، مادة البولي بروبيلين
كلوروفورمفيشر الكيميائيةAC423550040 99.8٪
إبر تقليديةبيكتون ديكنسون38290305167021 جم × 1 1/2
أسلاك نحاسيةشركة مالين.رقم 30 ب & أمبير S GAUGE
ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) فيشرالكواشف الحيويةBP231-1> = 99.7٪
ماصات باستور يمكن التخلص منهافيشر Scientific13-678-20Cزجاج البورسليكات
الإيثانولKOPTECV1001200 دليل على الإيثانول
قارورة زجاجية ، 20 ملKIMBIL74508-20
أسطوانة متدرجة ، 10 ملKIMBIL20024-10
إبر تحت الجلدAir-TiteN22422 جم × 4 بوصات
ميثانولفيشر كيميائيA412-2099.8٪
ميثيل أكريليتألدريتش كيمياءM2730199٪ ، يحتوي على =< 100 جزء في المليون أحادي ميثيل الأثير هيدروكينون كمثبط
Micropipette P10 (1 - 10 & micro ؛ L)جيلسونF144055MPIPETMAN ، ماصة معدنية قاذفة
معدنية P1000 (100 - 1,000 & micro ؛ L)جيلسونF144059MPIPETMAN ، ماصة معدنية قاذفة
معدنية P20 (2 - 20 & micro; L)جيلسونF144056MPIPETMAN ، غطاء مجهر قاذف معدني
زجاجيفيشر سيانتيفيك12542A18 مم × 18 مم
NN-Dimerhylformamide (DMF)Fisher ChemicalD119-499.8٪
طبق بتري ، غطاء قابل للتكديسFB0875713A فيشر Scientific60 مم × 15 مم
سدادة الحاجزChemglassCG302401 14/20 - 14/35
شريط التحريكChemglassCG-2005T-01مغناطيسي ، PTFE ، توربو ، أرض نادرة ، بيضاوي الشكل ، 10 × 6 مم
SuperNuova + لوحة ساخنة تقليبSP88857190 علمي حراري50 - 1،500 دورة في الدقيقة ، 30 - 450 درجة ؛ C
TolueneFisher ChemicalT324-499.5٪
تريس [2-فينيل بيريديناتو-C2 ، N] إيريديوم (III) (IR (ppy) 3)Sigma-Aldrich68809697٪
UiO-66 (طول حافة 120 نانومتر) محضروفقا لإجراءات الأدبيات (المرجع 18).
منظف بالموجات فوق الصوتية CPX3800HEMERSON / BRANSONCPX-952-318R40 كيلو هرتز ، 5.7 لتر
LED مرن مقاوم للماءALITOVEALT-5B300WPBK16.4 قدم 5050 أزرق LED
شريط إضاءة

المراجع

  1. Eddaoudi, M., et al. Systematic design of pore size and functionality in isoreticular mofs and their application in methane storage. Science. 295, 469-472 (2002).
  2. Yaghi, O. M., et al. Reticular synthesis and the design of new materials. Nature. 423, 705-714 (2003).
  3. Kitao, T., Zhang, Y., Kitagawa, S., Wang, B., Uemura, T. Hybridization of mofs and polymers. Chem Soc Rev. 46 (11), 3108-3133 (2017).
  4. Kalaj, M., et al. Mof-polymer hybrid materials: From simple composites to tailored architectures. Chem Rev. 120 (16), 8267-8302 (2020).
  5. Lin, R., Villacorta Hernandez, B., Ge, L., Zhu, Z. Metal organic framework based mixed matrix membranes: An overview on filler/polymer interfaces. J Mater Chem A. 6 (2), 293-312 (2018).
  6. Semino, R., Moreton, J. C., Ramsahye, N. A., Cohen, S. M., Maurin, G. Understanding the origins of metal-organic framework/polymer compatibility. Chem Sci. 9 (2), 315-324 (2018).
  7. Daniel, M. -C., Astruc, D. Gold nanoparticles: Assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology. Chem Rev. 104, 293-346 (2004).
  8. Zhou, J., Yang, Y., Zhang, C. Y. Toward biocompatible semiconductor quantum dots: From biosynthesis and bioconjugation to biomedical application. Chem Rev. 115 (21), 11669-11717 (2015).
  9. Chancellor, A. J., Seymour, B. T., Zhao, B. Characterizing polymer-grafted nanoparticles: From basic defining parameters to behavior in solvents and self-assembled structures. Anal Chem. 91 (10), 6391-6402 (2019).
  10. Wright, R. A., Wang, K., Qu, J., Zhao, B. Oil-soluble polymer brush grafted nanoparticles as effective lubricant additives for friction and wear reduction. Angew Chem Int Ed. 55 (30), 8656-8660 (2016).
  11. Pastore, V. J., Cook, T. R. Coordination-driven self-assembly in polymer-inorganic hybrid materials. Chem Mater. 32 (9), 3680-3700 (2020).
  12. Chiu, J. J., Kim, B. J., Kramer, E. J., Pine, D. J. Control of nanoparticle location in block copolymers. J Am Chem Soc. 127, 5036-5037 (2005).
  13. Zubarev, E. R., Xu, J., Sayyad, A., Gibson, J. D. Amphiphilic gold nanoparticles with v-shaped arms. J Am Chem Soc. 128 (15), 4958-4959 (2006).
  14. Molavi, H., Shojaei, A., Mousavi, S. A. Improving mixed-matrix membrane performance via pmma grafting from functionalized nh2-uio-66. J Mater Chem. A. 6 (6), 2775-2791 (2018).
  15. Mcdonald, K. A., Feldblyum, J. I., Koh, K., Wong-Foy, A. G., Matzger, A. J. Polymer@mof@mof: "Grafting from" atom transfer radical polymerization for the synthesis of hybrid porous solids. Chem Commun. 51 (60), 11994-11996 (2015).
  16. Barcus, K., Cohen, S. M. Free-standing metal-organic framework (mof) monolayers by self-assembly of polymer-grafted nanoparticles. Chem Sci. 11 (32), 8433-8437 (2020).
  17. Xiao, J., et al. Photoswitchable nanoporous metal-organic framework monolayer film for light-gated ion nanochannel. ACS Appl Nano Mater. 6 (4), 2813-2821 (2023).
  18. Xiao, J., et al. Self-assembled nanoporous metal-organic framework monolayer film for osmotic energy harvesting. Adv Funct Mater. 34 (2), 2307996(2024).
  19. Barcus, K., Lin, P. A., Zhou, Y., Arya, G., Cohen, S. M. Influence of polymer characteristics on the self-assembly of polymer-grafted metal-organic framework particles. ACS Nano. 16 (11), 18168-18177 (2022).
  20. Wang, X. G., Cheng, Q., Yu, Y., Zhang, X. Z. Controlled nucleation and controlled growth for size predicable synthesis of nanoscale metal-organic frameworks (mofs): A general and scalable approach. Angew Chem Int Ed. 57 (26), 7836-7840 (2018).
  21. Moad, C. L., Mood, G. Fundamentals of reversible addition-fragmentation chain transfer (raft). Chem Teach Int. 3 (2), 3-17 (2021).
  22. Van Keulen, H., Mulder, T. H. M., Goedhart, M. J., Verdonk, A. H. Teaching and learning distillation in chemistry laboratory courses. J Res Sci Teach. 32 (7), 715-734 (2006).
  23. Pérez, L. D., Giraldo, L. F., Brostow, W., López, B. L. Poly(methyl acrylate) plus mesoporous silica nanohybrids: Mechanical and thermophysical properties. e-poly. 7 (1), 29(2007).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

استكشف المزيد من المقالات

الأطر المعدنية العضويةالطبقات الأحادية ذاتية التجميعالطبقات الأحادية من الأطر المعدنية العضويةتطعيم البوليمرالتجميع الذاتي للجزيئاتإطار UiO-66 المعدني العضويالمجهر الإلكتروني الماسحفرش البوليمرالواجهة بين الهواء والماء
توليف وتوصيف أحاديات الإطار المعدني العضوي المجمعة ذاتيا باستخدام الجسيمات المطلية بالبوليمر
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.