Um protocolo para a síntese e caracterização de monocamadas de estrutura metal-orgânica automontadas é fornecido usando cristais de estrutura metal-orgânica (MOF) enxertados com polímero. O procedimento mostra que as partículas MOF enxertadas com polímero podem ser automontadas em uma interface ar-água, resultando em estruturas monocamada bem formadas e independentes, conforme evidenciado por imagens de microscopia eletrônica de varredura.
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Artigo de método
Síntese e caracterização de monocamadas de estrutura metal-orgânica automontadas usando partículas revestidas com polímero
Neste artigo
Resumo
Resumo
Estruturas metal-orgânicas (MOFs) são materiais com aplicações potenciais em áreas como adsorção e separação de gases, catálise e biomedicina. As tentativas de aumentar a utilidade dos MOFs envolveram a preparação de vários compósitos, incluindo MOFs enxertados com polímero. Ao enxertar polímeros diretamente na superfície externa dos MOFs, os problemas de incompatibilidade entre polímeros e MOFs podem ser superados. As escovas de polímero enxertadas da superfície dos MOFs podem servir para estabilizar o MOF, permitindo a montagem de partículas em monocamadas de estrutura metal-orgânica automontadas (SAMMs) por meio de interações polímero-polímero.
O controle sobre a composição química e o peso molecular do polímero enxertado pode permitir o ajuste das características do SAMM. Neste trabalho, são fornecidas instruções sobre como imobilizar um agente de transferência de cadeia (CTA) na superfície do MOF UiO-66 (UiO = Universitetet i Oslo). O CTA serve como locais de iniciação para o crescimento de polímeros. Uma vez que as cadeias poliméricas são cultivadas a partir da superfície do MOF, a formação de SAMMs é alcançada por meio da automontagem em uma interface ar-água. Os SAMMs resultantes são caracterizados e mostrados como independentes por imagens de microscopia eletrônica de varredura. Espera-se que os métodos apresentados neste artigo tornem a preparação de SAMMs mais acessível à comunidade de pesquisa e, assim, expandam seu uso potencial como um compósito de polímero MOF.
Introdução
As estruturas metal-orgânicas (MOFs) são materiais cristalinos e porosos que oferecem grandes áreas de superfície enquanto são facilmente ajustáveis por meio de modificações dos ligantes orgânicos ou nós metálicos 1,2. Os MOFs são construídos a partir de dois componentes: um ligante orgânico e íons metálicos (ou aglomerados de íons metálicos chamados de unidades de construção secundárias, SBUs). Os MOFs foram investigados quanto ao armazenamento de produtos químicos (por exemplo, gás), separações, catálise, sensoriamento e administração de medicamentos. Geralmente, os MOFs são sintetizados na forma de pós cris....
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Protocolo
1. Modificação de superfície de UiO-66 com cat-DDMAT
- Troque o solvente de UiO-66 do metanol por água.
- Preparar UiO-66 em metanol na concentração de 20 mg/ml.
NOTA: De acordo com Wang et al.20, o UiO-66 homogêneo é lavado com DMF e metanol após a síntese e, em seguida, armazenado em um estado disperso em metanol. - Transfira os 10 mL de suspensão UiO-66 para um tubo de centrífuga cônico de 15 mL usando uma pipeta.
- Realize a centrifugação a aproximadamente 10.000 × g por 10 min, remova o sobrenadante e adicione 10 mL de água deionizada (DI).
NOTA: Nos casos em que as partículas ....
- Preparar UiO-66 em metanol na concentração de 20 mg/ml.
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Resultados
Quando os MOFs enxertados com polímero são suavemente jogados na água a partir de uma dispersão concentrada de tolueno (conforme ilustrado na Figura 4A), uma monocamada é formada em poucos segundos com uma aparência iridescente. Além disso, o uso de um molde feito de fio de cobre para levantar essa monocamada e posteriormente secar a água obtida permite a formação de SAMMs independentes (Figura 4B). Depois de transferir a monocamada para uma lamínula de microscó.......
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Discussão
Existem várias etapas críticas em que é necessária atenção específica aos detalhes para sintetizar com sucesso MOFs enxertados com polímero que produzirão SAMMs. Primeiro, os monômeros utilizados na polimerização RAFT são suplementados com inibidores ou estabilizadores durante o armazenamento para evitar polimerização indesejada (por exemplo, hidroquinona ou éter monometílico de hidroquinona, MEHQ). Para remover esses aditivos, é necessária a purificação por destilação antes do uso22. Na etapa 2.4.......
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Divulgações
Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.
Agradecimentos
M.K. foi apoiado por uma doação da National Science Foundation, Divisão de Química sob o Prêmio No. CHE-2153240. Suporte adicional para materiais e suprimentos foi fornecido pelo Departamento de Energia, Escritório de Ciências Básicas de Energia, Divisão de Ciência e Engenharia de Materiais sob o prêmio nº. DE-FG02-08ER46519. A imagem de SEM foi realizada em parte na Infraestrutura de Nanotecnologia de San Diego (SDNI) da UC San Diego, membro da Infraestrutura Coordenada de Nanotecnologia Nacional, que é apoiada pela National Science Foundation (ECCS-1542148).
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Ácido 2-(dodeciltiocarbonotioiltio)-2-metilpropiônico (DDMAT) | Sigma-Aldrich | 723010 | 98% |
| 10 mL Single Neck RBF | Chemglass | CG-1506-82 | 14/20 Junta Externa |
| Acetona | Fisher Chemical | A18-20 | Centrífuga |
| Allegra X-30R | BECKMAN COULTER | B06320 | 1.6 L capacidade máxima, 18.000 RPM, 29.756 x g |
| Misturador de vórtice analógico | VWR | 10153-838 | 300 - 3.200 rpm |
| cat-DDMAT | Preparado de acordo com o procedimento da literatura (ref. 17). | ||
| Tubo de centrífuga, 50 mL / 15 mL | CORNING | 430291 / 430766 | Fundo cônico com tampa de vedação de plugue, polipropileno |
| Clorofórmio | Fisher Chemical | AC423550040 | 99,8% |
| Agulhas convencionais | Becton Dickinson | 382903051670 | 21 G x 1 1/2 |
| Fio de cobre | Malin Co. | Nº 30 B & S GAUGE | |
| Dimetil Sulfóxido (DMSO) | Fisher Biorreagentes | BP231-1 | > = 99,7% |
| Pipetas Pasteur Descartáveis | Fisher Scientific | 13-678-20C | Etanol de Vidro de Borosilicato |
| KOPTEC | V1001 | vidro de etanol à prova de 200 | |
| 20 mL | KIMBIL | 74508-20 | |
| , 10 mL | KIMBIL | 20024-10 | |
| Agulhas Hipodérmicas | Air-Tite | N224 | 22 G x 4'' |
| Metanol | Fisher Chemical | A412-20 | 99.8% |
| Methyl Acrylate | Aldrich Chemistry | M27301 | 99%, contém =< 100 ppm monomethyl ether hidroquinona como inibidor |
| Micropipeta P10 (1 - 10 µ L) | GILSON | F144055M | PIPETMAN, Micropipeta Ejetora de Metal |
| P1000 (100 - 1,000 µ L) | GILSON | F144059M | PIPETMAN, Micropipeta Ejetora de Metal |
| P20 (2 - 20 µ L) | GILSON | F144056M | PIPETMAN, Tampa do microscópio ejetor de metal |
| Fisher Scientific | 12542A | 18 mm x 18 mm | |
| NN-Dimerhylformamida (DMF) | Fisher Chemical | D119-4 | 99,8% |
| Placa de Petri, Tampa Empilhável | Fisher Scientific | FB0875713A | 60 mm x 15 mm |
| Rolha de septo | Chemglass | CG302401 | 14/20 - 14/35 |
| Barra | Agitação Chemglass | CG-2005T-01 | Magnética, PTFE, Turbo, Terra Rara, Elíptica, 10 x 6mm |
| SuperNuova+ Placa de Agitação | Thermo Scientific | SP88857190 | 50 - 1,500 rpm, 30 - 450 ° C |
| Tolueno | Fisher Químico | T324-4 | 99,5% |
| Tris [2-fenilpiridinato-C2, N] irídio (III) (Ir (ppy) 3) | Sigma-Aldrich | 688096 | 97% |
| UiO-66 (comprimento da borda de 120 nm) | Preparado de acordo com o procedimento da literatura (ref. 18). | ||
| Limpador ultrassônico CPX3800H | EMERSON / BRANSON | CPX-952-318R | 40 kHz, 5,7 L |
| Fita LED flexível à prova d'água | ALITOVE | ALT-5B300WPBK | 16,4 pés 5050 LED azul |
Referências
- 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).
- Yaghi, O. M., et al. Reticular synthesis and the design of new materials. Natu....
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Reimpressões e permissões
