Мы представляем новый метод на основе микрожидкости для синтеза ковалентных органических структур (COFs). Мы демонстрируем, как этот подход можно использовать для получения непрерывных волокон COF, а также структур 2D или 3D COF на поверхностях.
Методическая статья
Мы представляем новый метод на основе микрожидкости для синтеза ковалентных органических структур (COFs). Мы демонстрируем, как этот подход можно использовать для получения непрерывных волокон COF, а также структур 2D или 3D COF на поверхностях.
Ковалентные органические структуры (COFs) представляют собой класс пористых ковалентных материалов, которые часто синтезируются как необработанные кристаллические порошки. Первый COF был зарегистрирован в 2005 году с большими усилиями, направленными на создание новых синтетических маршрутов для его подготовки. На сегодняшний день большинство доступных синтетических методов синтеза COF основаны на массовом перемешивании в условиях сольвотермического состояния. Поэтому возрастает интерес к разработке системных протоколов для синтеза COF, которые обеспечивают тонкий контроль условий реакции и улучшают обрабатываемость COF на поверхностях, что существенно для их использования в практических применениях. Здесь мы представляем новый метод на основе микрожидкости для синтеза COF, где реакция между двумя составными строительными блоками, 1,3,5-бензолтриарбалдегидом (BTCA) и 1,3,5-трис (4-аминофенил) бензолом (TAPB), Происходит при контролируемых условиях диффузии и при комнатной температуре. Используя такой подход, получается губчатый, крикТалловых волокон из материала COF, далее называемого MF-COF. Механические свойства MF-COF и динамическая природа подхода позволяют непрерывно производить волокна MF-COF и их прямую печать на поверхностях. Общий метод открывает новые потенциальные приложения, требующие расширенной печати структур 2D или 3D COF на гибких или жестких поверхностях.
Ковалентные органические каркасы (COF) представляют собой хорошо зарекомендовавший себя класс пористого и кристаллического материала, в котором органические строительные блоки прочно удерживаются вместе ковалентными связями 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . COFs обычно собирают по принципам супрамолекулярной химии, где составные молекулярные строительные блоки избирательно реагируют, чтобы определить конечную и заданную пористую сборку. Такой подход позволяет синтезировать материалы с контролируемой и упорядоченной структурой ( например , с определенными размерами пор) и композицией 3 , 6 , 7 , 8 . По сравнению с другими пористыми материалами, COF уникальны, поскольку они состоят из легких элементов (C, H, B, N и O) и имеют настраиваемые поро 1 , 5 . Вдохновленные этими уникальными и внутренними характеристиками, COFs были оценены для потенциального применения в химических отделениях 9 , хранилище газа 10 и катализа 11 , датчиках 12 , оптоэлектронике 13 , технологиях чистой энергии 14 и устройствах электрохимической энергии 15 .
На сегодняшний день подавляющее большинство методов, используемых для получения материалов COF, основаны на реакциях сольвотермической самоконденсации и совместной конденсации, где стандартными являются высокие температуры и давления. Хотя COF термически устойчивы, они обычно страдают от ограниченной технологичности, то есть COF обычно являются нерастворимыми и необработанными кристаллическими порошками, что значительно ограничивает их использование в ряде потенциальных и практических примененийSs = "xref"> 2 , 6 , 8 , 16 , 17 . Несмотря на замечательный прогресс, достигнутый в синтезе COF, основной проблемой в этой области является разработка способа, позволяющего получать COF в соответствующих условиях реакции ( например , температуры и давления), которые затем могут облегчать их обрабатываемость на поверхностях.
В последнее время исследования показали, что химию Shiff-base можно использовать для синтеза имита на основе COF при комнатной температуре. Полученный COF, называемый RT-COF-1, образуется из-за быстрой и эффективной реакции между 1,3,5-трис (4-аминофенил) бензолом (TAPB) и 1,3,5-бензолтриарбальдегидом (BTCA) 17 ( рисунок 1А ). Эффективность этого синтетического метода была продемонстрирована путем прямой печати микронных и субмикронных структур RT-COF-1 как на жестких, так и на гибких поверхностях с использованием литографии илиСтруйной печати. Совсем недавно, используя микрофлюидики, мы продемонстрировали эффективный подход к непрерывному синтезу волокон того же ИФН на основе Имина, который далее называется MF-COF 6 . В отличие от других известных синтетических подходов для получения COF 18 этот синтетический метод на основе микрожидкостей позволил быстро синтезировать волокна MF-COF при температуре окружающей среды и давлениях в течение нескольких секунд. Кроме того, благодаря механической устойчивости синтезированных волокон MF-COF мы продемонстрировали, как такой метод на основе микрожидкости может позволить прямую печать 2D и 3D структур на поверхностях. Здесь мы демонстрируем, что этот метод может быть использован для получения структур COF на различных поверхностях, обладающих различными химическими и физическими свойствами. Мы полагаем, что этот новый метод открывает новые возможности для хорошо контролируемого шаблонирования и прямой печати COF в разных ориентациях и на разных поверхностях.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Мастер изготовления пресс-форм
2. Изготовление однослойных микрожидкостных устройств
ПРИМЕЧАНИЕ. Для протокола требуется печь, работающая при температуре 70 ° C. Температура печи должна быть стабилизирована при температуре 70 ° C до начала изготовления. Более низкие температуры могут привести к плохо склеенным и нефункциональным устройствам.
3. ПодготовкаИонных растворов микрофлюидной установки и прекурсоров
4. Непрерывный синтез волокон MF-COF
5. Прямая печать 2D и 3D структур MF-COF
ПРИМЕЧАНИЕ. Поскольку синтезированное волокно не может быть полностью однородным, скорость осаждения должна быть отрегулирована для обеспечения непрерывной печати.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Микрофлюидическое устройство, используемое в наших исследованиях, изготавливается с использованием обычного реплики 20 PDMS и включает в себя четыре микрофлюидных входных канала, которые сливаются в основной микроканал. Конечное микрожидкостное устройство состоит из структурированного слоя PDMS и покровного стекла, используемого для закрытия отпечатанных микроканалов, как показано на фиг.1B .
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Представленный здесь синтетический метод на основе микрофлюид обеспечивает новый и простой подход для прямой печати материалов COF на поверхностях. Синтез осуществляют с использованием однослойного микрожидкостного устройства, состоящего из микрожидкостного чипа PDMS, связанного с стеклянным покровным стеклом. Изготовление микрожидкостного устройства может быть достигнуто посредством обычного литья PDMS против кремниевой мастер-формы и последующего связывания PDMS с отпечатанными микроканалами против покровного стекла. ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Авторы признают Швейцарский национальный научный фонд (ОЯТ) за финансовую поддержку по проекту №. 200021_160174.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Пленочные маски высокого разрешения | Microlitho, | Великобритания-Особенности | до 5 мкм |
| Кремниевые пластины | Silicon Materials Inc., Германия | 4" Силиконовые пластины | Передняя поверхность: полированная, задняя поверхность: травленый |
| силиконовый эластомер KIT (PDMS) | Dow Corning, США | Sylgard | |
| Sigma-Aldrich, Швейцария | 386529 | ≥ 97%, ВНИМАНИЕ: Обращайтесь с ним только под вытяжным шкафом. | |
| Перфоратор для биопсии | Miltex GmBH, Германия | 33-31A-P/25 | 1,5 мм |
| Стеклянный покровный лист | Menzel-Glaser, Германия | BB024040SC | 24 мм × 40 мм, #5 |
| Плазменный генератор прибор | Diener | Zepto | B Частота: 40 кГц и мощность плазменного генератора: 0-30 Вт |
| трубка из ПТФЭ | PKM SA, Швейцария | AWG-TFS-XXX | AWG 20TFS, рулон 100 м |
| neMESYS Шприцевые насосы | Cetoni GmbH, Германия | Низкое давление (290N) | - |
| Одноразовый стаканчик | Semadeni, Швейцария | 8323 | PS, 200 мл |
| Пластиковый шпатель | Semadeni, Швейцария | 3340 | л × Ш: 135 мм x 14 мм |
| Одноразовые скальпели | B. Braun, Швейцария | 233-5320 | Nr. 20 |
| Одноразовые шприцы | VWR, Швейцария | 613-3951 | 5 мл, Discardit II |
| Уксусная кислота | Sigma-Aldrich, Швейцария | 695092-500 | >=99.7%, ВНИМАНИЕ: Обращайтесь только под вытяжным шкафом. |
| 1,3,5-бензолтрикарбальдегид | Aldrich-Fine Chemicals | 753491 | 97% |
| 1,3,5-трис(4-аминофенил)бензол | Tokyo Chemical Industry | T2728-5G | >93.0% |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение