Synteza i charakterystyka samoorganizujących się monowarstw metaloorganicznych z wykorzystaniem cząstek pokrytych polimerem

Nasze laboratorium interesuje się skrzyżowaniem porowatych ciał stałych, w szczególności struktur metaloorganicznych i polimerów organicznych. Jesteśmy naprawdę zainteresowani zrozumieniem granicy faz między tymi dwoma materiałami i tym, w jaki sposób możemy tworzyć kompozyty, które mają nowe właściwości emergentne, charakterystyczne zarówno dla porowatego ciała stałego, jak i składnika polimerowego. Niedawno znaleźliśmy polimer do szczepienia na powierzchni MOF, dzięki czemu mogliśmy wyprodukować kompozytową cząstkę polimeru MOF, która sama się składa w ultracienkie warstwy.

Nazywamy tę folię samoorganizującą się monowarstwą MOF lub SAMM. Jesteśmy teraz zainteresowani zrozumieniem, w jaki sposób SAMM różnią się w zależności od długości polimeru, wielkości cząstek i innych cech. Zacząłem badać rolę masy cząsteczkowej polimeru, składu polimeru i gęstości szczepienia polimeru, a także wielkości i kształtu cząstek na powstawanie i stabilność SAMM.

Wierzę, że to badanie będzie bardzo ważne dla zrozumienia i kontrolowania powstawania SAMM, stabilności i przyszłych zastosowań. Interesującą cechą SAMM jest to, że mogą być ultracienkie, mają tylko jedną warstwę cząstek. Nie jesteśmy świadomi istnienia innych tak cienkich warstw cząstek, które nie są podparte innym podłożem i są wolnostojące.

Ta unikalna właściwość może dać SAMM przewagę zarówno jako membranie, jak i innym foliom lub zestawom cząstek. Jesteśmy naprawdę zainteresowani dalszymi badaniami nad SAMM, ich samoorganizacją i unikalnymi właściwościami, które sprawiają, że są tak stabilne w ultracienkich warstwach. W szczególności jesteśmy bardzo zainteresowani badaniem SAMM jako powłok i membran oraz ich zastosowaniem w trudnych separacjach.

Uważamy, że SAMM zapewniają wiele ścieżek badań, które nie zostały jeszcze zbadane. Aby rozpocząć, przenieś 10 miligramów katecholu-DDMAT do 20-mililitrowej fiolki. Za pomocą cylindra z podziałką ostrożnie dodać pięć mililitrów chloroformu do fiolki.

Przenieś dyspersję wodną UiO-66 do 40-mililitrowej stożkowej probówki wirówkowej. Następnie dodaj roztwór katecholu-DDMAT do tej samej probówki. Wiruj roztwory przez trzy minuty, aby zapewnić dokładne wymieszanie.

Następnie za pomocą cylindra z podziałką dodaj 20 mililitrów etanolu do połączonej mieszaniny. Dobrze wstrząśnij probówką, aby równomiernie wymieszać roztwory. Odwirować mieszaninę o stężeniu około 10 000 x g przez 10 minut.

Usuń supernatant, a następnie dodaj około 40 mililitrów świeżego etanolu, aby umyć osad. Sonikuj roztwór, aby prawidłowo zdyspergować cząsteczki. Po ponownym odwirowaniu dodaj pięć mililitrów DMSO do probówki.

Ponownie poddaj cząstki sonikacji, aby uzyskać optymalną dyspersję. Przenieś roztwór do stożkowej probówki wirówkowej o pojemności 15 mililitrów w celu przechowywania. Na początek odpipetuj dwa mililitry dyspersji cząstek UiO-66 DDMAT w DMSO i przenieś ją do 10-mililitrowej kolby okrągłodennej znajdującej się na płytce mieszającej.

Umieścić mieszadło w kolbie. Rozpocznij mieszanie dyspersji. Następnie odpipetować 12 mikrolitrów wywaru z katalizatora irydu(III)fenylopirydyny do kolby.

Teraz dodaj 0,45 mililitra roztworów podstawowych DDMAT do kolby, mieszając. Następnie odpipetować 1,7 mililitra akrylanu metylu do 20-mililitrowej fiolki. Za pomocą mikropipety dodać dwa mililitry DMSO do fiolki.

Wstrząsnąć fiolką, aby rozpuścić akrylan metylu. Powoli wprowadzać kroplami roztwór akrylanu metylu do kolby reakcyjnej. Zaprzestań działania mieszającego.

Następnie szczelnie uszczelnić kolbę przegrodą. Podłącz długą igłę do kolektora doprowadzającego azot. Wprowadzić igłę przez przegrodę, aby dotrzeć do wewnętrznej warstwy powietrza kolby.

Włóż krótką igłę przez przegrodę, aby utworzyć ujście. Otwórz zawór azotu, aby odgazować roztwór. Opuść długą igłę na dno kolby na 15 minut.

Następnie podnieś igłę do wewnętrznej warstwy powietrza. Po sekwencyjnym odgazowaniu wyjmij krótką igłę, a następnie długą igłę. Następnie zamknij zawór azotu.

Teraz umieść niestandardowy reaktor fotograficzny LED z niebieskim światłem na płytce mieszającej po podłączeniu go do zasilania, sprawdź emisję niebieskiego światła. Ponownie rozpocząć mieszanie mieszaniny pod wpływem światła. Przykryj górną część reaktora folią aluminiową, aby zapobiec nadmiernemu nasłonecznieniu.

Wyłącz diodę LED, gdy lepkość roztworu reakcyjnego wzrośnie do punktu, w którym nie można go już mieszać. Aby samoorganizować cząstki, najpierw utwórz dyspersję cząstek w toluenie. Ostrożnie upuść około 10 mikrolitrów dyspersji toluenu na szalkę Petriego o szerokości 60 milimetrów wypełnioną wodą dejonizowaną.

Gdy toluen na powierzchni wody wyparuje, użyj pętli wykonanej z drutu miedzianego, aby ostrożnie usunąć część monowarstwy. Po odparowaniu pozostałej wody związanej z tym można było zaobserwować wolnostojącą monowarstwę. Upuszczenie polimerowych struktur metaloorganicznych grafter na wodę ze skoncentrowanej dyspersji toluenu dało w wyniku powstanie opalizującej monowarstwy.

Zastosowanie formy z drutu miedzianego do podnoszenia monowarstwy pozwoliło na tworzenie wolnostojących SAMM-ów.