Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

Oda sıcaklığında karbon Nanosheets hazırlanması

doi: 10.3791/53505 Published: March 8, 2016

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

İki boyutlu karbon nano yapılar nedeniyle rapor üstün termal, elektrik, hem de mekanik özellikleri 1-5 önemli dikkat çekmek. Bu malzemeler Polimer kompozit 6, enerji depolama aygıtları 7 ve moleküler elektronik 8-10 alanlarında teknik ilerlemesinin bekleniyor. Son yıllarda yoğun araştırma çabalarına rağmen, iyi tanımlanmış karbon nano malzemelerin büyük miktarlarda erişim hala teknolojik uygulamalar 11,12 onların büyük ölçekli uygulama engellemektedir hangi sınırlıdır.

Karbon nanomalzemeleri ya yukarıdan aşağı ya da aşağıdan yukarıya yaklaşımlarla erişilebilir. Bu tür yüzeylerde 14-16 pul pul dökülme teknikleri 13 veya yüksek enerjili süreçleri gibi tipik yaklaşımlar yapısal mükemmellik ve çok iyi bir performans yüksek derecede malzeme elde etmek imkanı sunuyoruz. Bununla birlikte, yalıtım ve inci saflaştırılmasıe ürünler zorlu kalır ve tanımlı Nanoyapılı malzemelerin büyük ölçekli üretim zor 12'dir. Öte yandan, aşağıdan yukarıya yaklaşımlar, molekül öncüleri kullanımına dayalı bu tanımlı yapılara düzenleme ve karbon nano 17-23 veren bir sonraki karbonizasyon kullanılabilir. Bu durumda, ön-kendilerini daha karmaşıktır ve bunların hazırlanması, genellikle birden fazla sentetik adım gerektirir. Bu yaklaşımlar ortaya çıkan malzemelerin kimyasal ve fiziksel özellikleri üzerinde kontrol yüksek derecede sunabilir ve özel malzemelere doğrudan erişim vermek olabilir. Bununla birlikte, C-nano içine öncüler dönüştürülmesi, genellikle gömülü kimyasal işlevsellik 24-27 bir kaybına yol açar, 800 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda gerçekleştirilir.

Yukarıda belirtilen sınırlamalar bu ca yüksek reaktif oligoynes kullanılarak grubumuza ele alınmıştırN, oda sıcaklığında 28,29 karbon nano haline dönüştürülebilir. Özel olarak, bir hidrofilik baş grubu ve bir hexayne segmenti içeren amfifiller brominasyon ve paladyum dolayımlı Negishi çapraz birleştirme reaksiyonları 30,31 bir dizi erişilebilir. Hedef yapı halinde, bu haberci moleküllerin dönüşüm ya da UV ışığı ile ışınlama sırasında oda sıcaklığının altında meydana gelir. oligoyne amfifillerin yüksek reaktivitesi, muhtemel hava-su ara ya da sıvı-sıvı arayüzlerine yumuşak şablonlar, kullanır. Önceki araştırmalarda, başarıyla hexayne glikozit amfifillerin 28 çözümlerinden veziküller hazırlanmıştır. Bu veziküller çapraz bağlanması numunelerin UV ışınımı ile yumuşak koşullar altında elde edilmiştir. Ayrıca, kısa bir süre önce bir metil karboksilat baş grubu ve bir Langmuir teknedeki hava-su ara yüzeyinde bir hidrofobik alkil kuyruk hexaynes kendi kendine monte mono tabakaları elde. yoğun paketed molekül ön sonra düpedüz UV ışıması ile, oda sıcaklığında kendinden destekli C nanosheets dönüştürüldü. İlgili yaklaşımlarda tarif molekül ön en son hava-su arayüzünde 32-38 iki boyutlu genişletilmiş nanosheets hazırlanması için kullanılmıştır.

Bu çalışmanın amacı, hexayne amfifillerin karbon nanosheets hazırlanmasına olanak genel sentez ve üretim aşamalarının bir özlü, pratik bir bakış vermektir. Odak deneysel yaklaşım ve hazırlayıcı sorular yer almaktadır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Dikkat: Herhangi bir kimyasal bileşiklerin kullanılmadan önce ilgili malzemeler güvenlik bilgi formlarını (MSDS) bakın emin olun. ve bu sentezlerde kullanılan kimyasalların bazıları, akut olarak toksik ve kanserojen. Hazırlanan nanomalzemeler kendi toplu meslektaşı ile karşılaştırıldığında ek tehlikeler olabilir. Reaksiyonlar (davlumbaz) ve kişisel koruyucu donanımlar (koruyucu gözlük, eldiven, laboratuvar önlüğü, tam uzunlukta pantolon, kapalı-toe ayakkabıları) yaparken tüm uygun güvenlik uygulamalarını kullanmak zorunludur. Değilse, aksi takdirde Aşağıdaki prosedürler standart savurma teknikleri 39 dahil belirtti.

Moleküler öncülünün 29,31 hazırlanması 1.

  1. 4-tritylphenyl 10 (trimetilsilil) deka-5,7,9-triynoate sentezi (1)
    Not: Gerekli bileşikleri, daha sonra sentetik basamaklar, sade bir dille, yayınlanmış literatür prosedürlerine 29,31 ile hazırlanabilir tarif için. İnce tabaka kromatografisi yoluHY (TLC) ve kolon kromatografisi standart laboratuar prosedürleri 39,40 göre gerçekleştirilmektedir.
    1. bir septum ile donatılmış bir Schlenk tüpüne inert bir atmosferde kuru tetrahidrofuran içindeki 1,4-bistrimethylsilylbutadiene (7.82 g, 40.3 mmol), THF (50 mi) içinde çözülür. Karışımı karıştırınız ve bir buz banyosu içinde şişenin daldırılarak, 0 ° C bir sıcaklığa soğutulur.
    2. Yavaş yavaş bir şırınga ile bu çözeltiye (17.9 mi, Et 2 O içinde 2.2 M, 39.3 mmol), metil lityum, lityum bromür kompleksi ilave edin. Soğutma banyosunu çıkarın ve karışım, oda sıcaklığına kadar ısınmaya bırakılmış ve 30 dakika karıştırıldıktan bırakmak için izin verir.
    3. Bir buz banyosu içinde bir Schlenk tüpü daldırın ve 0 ° C'ye kadar bir sıcaklığa çözelti soğutulur. Yavaşça karıştırılan çözeltisine (57.5 mi, THF içinde 0.7 M, 40.24 mmol), çinko klorür çözeltisi ilave edilir. Soğutma banyosunu çıkarın, çözelti oda sıcaklığına ısınmaya bırakın ve ilave bir 30 dakika boyunca karıştırın.
    4. Bir Schlenk şişesine olarak, disperse paladyum katalizörü PdCl2 inert bir atmosferde kuru toluen (300 mi) içinde (dppf) DCM (1.60 g, 1.96 mmol) ve 4-tritylphenyl 6-bromohex-5-inoat ekleyin (10.0 g, 19.63 mmol) eklenmiştir. Bir buz banyosu içinde bir Schlenk şişesine daldırılmasıyla, 0 ° C arasındaki bir sıcaklıkta bu karışım soğutulur.
    5. bromoacetylene türevi ve bir transfer kanül kullanılarak paladyum katalizörü içeren Schlenk şişesine çinko Asetilit içeren Schlenk tüpüne çözüm aktarın. Karışım karıştırarak bırakın ve TLC 39 reaksiyonu izleyin. TLC (DCM / n 2'yi -heptan: 1 'dir; s -anisaldehyde çözeltisi 39 renklendirme) tamamlandıktan sonra reaksiyon göz önünde bulundurun: (Yaklaşık olarak 16 saat) tüketilen bromoacetylene türevi (0.64 Rf) gösterir.
    6. Dietileter (Et 2 O), reaksiyon karışımı (300 mi) seyreltin ve bir ayırma hunisine aktarın. Organik faz SATURA ile üç kez yıkayınted amonyum klorür solüsyonu (300 mi) ve doymuş sodyum klorür çözeltisi (300 mi) ile bir kez.
    7. Bir Erlenmeyer şişesine ayırma hunisine organik faz transfer ve sodyum sülfat (100 g) üzerinde, organik faz kurutulur. Süzme ile, sodyum sülfat çıkarın ve vakumda organik faz konsantre edilir.
    8. Kolon kromatografisiyle 40 Ham ürünün arıtılması (silis jeli; diklorometan / n-heptan 1: 1) Arzu edilen ürün 1 elde etmek üzere (Rf: 0.33, 7.7 g,% 71) açık kahverengi bir katı olarak elde edildi. 1H ve 13 C {1H} NMR spektroskopisi 29 (1) saflığı kontrol edin.
  2. 4-tritylphenyl octacosa-5,7,9,11,13,15-hexaynoate sentezi (2)
    Not: 4-tritylphenyl sentezi octacosa-5,7,9,11,13,15-hexaynoate 2 4-tritylphenyl 10 (trimetilsilil) deka-5,7,9-triynoate den dolayı başlayan iki aşamada gerçekleştirilir ara madde triyne b gözlemlenen düşük stabiliteromide 41.
    1. bir septum ile donatılmış 100 ml'lik bir Schlenk şişesi içinde bir inert atmosfer altında kuru diklorometan 4-tritylphenyl 10- (trimetilsilil) deka-5,7,9-triynoate 1 (2.00 g, 3.63 mmol) ile (DCM, 15 mi) içinde çözülür. bileşiğinin çözünmesinden sonra, kuru asetonitril (MeCN, 15 mi) ilave edin.
    2. (679 mg, 3.81 mmol) ve gümüş florür (484 mg, 3.81 mmol), alüminyum folyo ile ışıktan Schlenk şişesine kalkan ve N-bromosüksinimid ilave edin. Oda sıcaklığında 8 saat için elde edilen karışım karıştırılır ve TLC ile reaksiyonun ilerlemesini izlemek. Tamamlandıktan sonra reaksiyon düşünün TLC (DCM / n-heptan 1: 1, renklendirici madde olarak p -anisaldehyde çözeltisi 39 tespiti) Başlangıç ​​malzemesi (1) (Rf: 0.33) olduğunu göstermektedir tüketilen sonra (yaklaşık 3 saat) .
    3. DCM ile reaksiyon karışımının (30 mi) seyreltin ve bir ayırma hunisi içine aktarın. organik yıkayınFaz altı 1 M sulu hidrojen klorür çözeltisi ile katı (60 mi) ve bir kez doymuş bir sulu sodyum klorür çözeltisi (60 mi) ile.
    4. Bir Erlenmeyer şişesine ayırma hunisine organik faz transfer ve sodyum sülfat (50 g) üzerinde, organik faz kurutulur. Organik fazı filtre edin ve iyice Işıktan koruyucu ise, yaklaşık olarak 10 ml oluşturacak şekilde vakumda yoğunlaştınlır.
    5. Kuru toluen (20 mi) ilave edilir ve yaklaşık olarak 5 ml'lik bir hacme kadar vakum altında bir kez daha karışımı konsantre ediniz.
    6. Bir lastik septum ile donatılmış 100 ml'lik bir Schlenk tüpü içinde, bir atıl atmosfer içinde kuru THF (20 mi) içindeki bir 1-trimethylsilyloctadeca-1,3,5-triyne (2.28 g, 7.26 mmol) çözündürülür. Bir buz banyosu içinde bir Schlenk tüpü daldırılarak, 0 ° C arasında bir sıcaklığa kadar çözelti soğutulur.
    7. Yavaş yavaş (7.08 mmol 3.22 ml, Et 2 O içinde 2.2 M,) metil lityum, lityum bromür kompleksi ekleyebilir ve karışımın sıcaklığı tutmak45 dakika boyunca 0 ° C.
    8. Bu karışıma, yavaş yavaş bir çinko klorid çözeltisi (10.37 mi, THF içinde 0.7 M, 7.26 mmol) ilave edin. Ekleme tamamlandıktan sonra, ilave 45 dakika için sonuçtaki karışımın karıştırın.
    9. Buna paralel olarak, bir lastik septum ile donatılmış 500 ml'lik bir Schlenk şişesi içinde bir atıl atmosfer içinde paladyum katalizörü PdCl2 kuru toluen (100 mi) içindeki bir (dppf) DCM (296 mg, 0.36 mmol) ile dağıtılır. Bir buz banyosu içinde şişenin daldırılarak, 0 ° C arasında bir sıcaklığa soğutun.
    10. Yavaş yavaş kuru toluen paladyum katalizörü dispersiyona (0.29 mi, n-heksan içinde 2.5 M, 0.73 mmol), n-butil lityum ilave edin. , İlave işlemi tamamlandıktan sonra, buz banyosu alınır, oda sıcaklığında 10 dakika boyunca karıştırıldıktan, ve daha sonra, 0 ° C bir sıcaklığa soğutulur.
    11. Çinko asetilit ile eş zamanlı olarak bir şırınga yoluyla (10 mi, 3.63 mmol) 4-tritylphenyl 10 bromodeca-5,7,9-triynoate ihtiva eden konsantre edilmiş, toluen solüsyonu ilave yüzdenSchlenk tüpüne bir transfer kanül yoluyla ilave edildi dökülmesinden (yukarıya bakınız). Alüminyum folyo ile ışıktan reaksiyon karışımı ile balon kalkan.
    12. (N, 1 -heptan DCM / 1; renklendirici madde olarak p -anisaldehyde çözeltisi 39 tespiti) tlc ile tepkime seyrini izler. 4-tritylphenyl 10 bromodeca-5,7,9 triynoate tam tüketimine (Rf: 0.34, daha sonra yaklaşık olarak 48 saat) sonra, Et H2O (100 mi) ile seyreltin ve bir ayırma hunisi içine aktarın. doymuş bir sulu sodyum klorür çözeltisi (200 mi) ile doymuş sulu amonyum klorür çözeltisi (200 mi) ve bir kez organik faz üç kez yıkayın.
    13. Bir Erlenmeyer şişesine, organik faz transfer ve sodyum sülfat (80 g) üzerinde kurutun. Organik fazı filtre edin ve vakumda yoğunlaştınlır.
    14. Kolon kromatografi 40 Ham ürünü arındırmak (siliCA jeli; 1) (2) (Rf 4-tritylphenyl octacosa-5,7,9,11,13,15-hexaynoate izole etmek için: DCM / n, 1 -heptan 0.43; kahverengi bir katı olarak 0.60 g,% 23). 1H ve 13 C {1H} NMR spektroskopisi 29 (2) 'saflığını kontrol edin.
  3. Metil octacosa-5,7,9,11,13,15-hexaynoate sentezi (3)
    1. (100 ml'lik bir Schlenk şişesi içinde bir inert atmosfer altında DCM içinde 4-tritylphenyl octacosa-5,7,9,11,13,15-hexaynoate (2) (208 mg, 0.289 mmol) (15 mi) içinde çözülür ve metanol ekle 10 mi).
    2. (31 mg, 0.578 mmol), alüminyum folyo ile ışıktan balon kalkan ve sodyum metanolat ilave edin.
    3. Oda sıcaklığında 30 dakika için sonuçtaki karıştırın. Daha sonra, doymuş sulu sodyum klorür çözeltisi (30 mi) ile bir kez 1 M sulu hidrojen klorür çözeltisi (30 mi) ile bir kez yıkanır, bir ayırma hunisi içine aktarmak ve DCM (15 mi) seyreltin.
    4. Bir Erlenmeyer şişesi içine, organik faz transfer ve sodyum sülfat (30 g) üzerinde kurutun. Organik fazı filtre edin ve vakumda yoğunlaştınlır.
    5. Kolon kromatografisi ile 40 (silis jeli; DCM / n, 1 pentan: 1) ham ürün saflaştırmak a metil octacosa-5,7,9,11,13,15-hexaynoate (3) (0.62 Rf) izole etmek için sarı çözelti. herhangi bir bozulmayı en aza indirmek için bir seyreltik DCM çözeltisi (10 mi) bu reaksiyonun ürünü saklayın.
    6. Yuvarlak kahverengi cam dipli bir stok çözeltisi, yaklaşık 3 ml aktarın ve CDCI3 (5 mi) ilave edin. CDCI3 (5 mi) ilave vakum içinde yaklaşık olarak 1 ml kadar çözelti yoğunlaştınlır, ve vakum altında yaklaşık 1 ml'ye çözelti konsantre edilir. Saflığını kontrol etmek için bu çözelti 1 saat ve 13 C {1H} NMR spektroskopisi gerçekleştirme (3) 29.
  4. liyofilizasyonundanMetil ester ve Stok Çözeltisinin Hazırlanması
    1. Hava-su ara yüzeyinde deneyler için tanımlanan konsantrasyonda (c = 1 mM) bir stok çözeltisi hazırlanır. Bir darası alınmış 50 ml 'lik kahverengi cam tabanı yuvarlak bir şişeye DCM metil octacosa-5,7,9,11,13,15-hexaynoate seyreltik çözeltisi bir bölümünü transfer ve vakum içinde yaklaşık olarak 1 ml çözelti konsantre edilir.
    2. bir vakum hattına balon iletişime ve konsantre edilen solüsyon dondurarak için sıvı azot içinde balon bırakın. Karışım, tamamıyla katılaşan sonra, şişeye vakum (yaklaşık 5 x 10 -3 mbar) uygulamak ve sıvı azot şişesi çıkarın.
    3. Işıktan koruyucu ise kalıntı çözücünün tamamen çıkarılmasından sonra, balon tartın. Kloroform, uygun bir miktarının ilave edilmesi ile tanımlanır konsantrasyonu c = 1 mM'lik bir stok çözelti hazırlayın. ışıktan stok solüsyonu kalkan ve -15 ° C arasındaki bir sıcaklıkta saklayın.

    Hava su Arayüz de Hexayne amphiphile 2. Film Oluşumu

    Not: hava-su arayüzünde Tüm deneyler bir (veya iki) bariyerler ile bilgisayar arabirim politetrafloroetilen Langmuir tekneleri ile yürütülmektedir. olukları bir filtre kağıdı Wilhelmy plakası ile bir yüzey basıncı mikro ile donatılmıştır. Harici bir termostat 20 ° C'de saf su kitlesel faz sıcaklığını muhafaza etmek için kullanılır. Langmuir olukları arayüzü kirlenmesini önlemek için bir kapalı kutu yerleştirilir. ölçümleri yapılmadan önce, çıplak yüzeyin saflığı sıkıştırma ile kontrol edilir. 0 mN / m çıplak su yüzeyine yanı sıra stearik asit 42 olmayan bir eğik duruma eğik bir ikinci dereceden geçiş: Tüm kullanılan deneysel Langmuir kurulumları iki noktalı kalibrasyon yöntemi ile kullanımdan önce kalibre edilir bu kullanılan temperat sıcaklık değişikliklerine duyarlı değildirure aralığı. Bu güvenilir ve karşılaştırılabilir ölçümler sağlar.

    1. Sıkıştırılabilirlik Modülü Yüzey Basınç alanda İzoterm ve Belirlenmesi ölçümü
      1. Dikkatle Langmuir oluk içinde, aşırı saf su yüzeyinde (3), DCM / kloroform (c = 1 mg / L) inceltilmiş stok çözeltisi 100 ul yaymak için bir şırınga kullanın.
      2. Çözücü buharlaşmaya izin 15 dakika dengelenmeye Langmuir çukur bırakın.
      3. engelleri ile Langmuir çukur yüzey alanını azaltarak 5 Å / (molekül x dk) sabit bir sıkıştırma oranı ile katmanı sıkıştırın. Eş zamanlı olarak bir filtre kağıdı Wilhelmy plakası ile donatılmış yüzey basıncı mikro yüzey basıncını ölçmek. yüzey basıncında bir düşüş filmin çöküşü gösterene kadar tabakasının sıkıştırma devam edin.
      4. 2.1.1-2.1.3 iki kez açıklandığı gibi yüzey basınç alanı izoterm ölçümleri tekrarlamakTemiz bir Langmuir çukur sonuçların tekrarlanabilirliği sağlamak.
      5. Aşağıdaki ilişki 43 göre tabakasının izoterm gelen sıkıştırılabilme modülü belirleme
        C s -1 = - A (∂ Π / ∂ A) T
        burada bir ortalama molekül alanı ve Π yüzey basıncı.
    2. Aşağıda ve İzoterm içinde Yaylası üzerinde Katman stabilitesi İncelenmesi
      1. Langmuir oluk içinde, aşırı saf su (3) ve seyreltilmiş stok çözeltisi 100 ul bir kısım yayıldı.
      2. Çözücü buharlaşmaya izin 15 dakika dengelenmeye Langmuir çukur bırakın.
      3. bariyerlerle Langmuir oluğun yüzey alanını azaltarak 5 a / (molekül X dak) sabit bir sıkıştırma oranı ile 8 mN / m bir yüzey basıncı tabakayı sıkıştırın. ölçülen sur kadar tabakasının sıkıştırma DevamYüz basıncı 8 mN / m ulaşır ve bu yüzey basıncı sabit bir değerde tutulur, böylece engelleri ayarlayın.
      4. Langmuir oluğun engeller 8 mN / m bir sabit yüzey basıncı korumak için 45 dakikalık bir süre boyunca ayarlarken yüzey alanının gelişimini izlemek.
      5. ayrıca engelleri ile Langmuir çukur yüzey alanını azaltarak 5 Å / (molekül x dk) sabit bir sıkıştırma oranı ile 23 mN / m yüzey basıncına katmanı sıkıştırın. Yüzey basıncı / m 23 mN sabit tutulur ve böylece engelleri ayarlayın.
      6. Langmuir oluğun engeller / m 23 mN sabit bir yüzey basıncı korumak için 45 dakikalık bir süre boyunca ayarlarken yüzey alanının gelişimini izlemek.
    3. Kızılötesi Yansıma emme Spektroskopi Katmanı karakterizasyonu
      Not: kızıl ötesi (İR) spektrumları, bir sıvı azot soğutmalı cıva kadmiyum tellür ile donatılmış bir FT-IR spektrometresi kaydetmek için (MBT) detektörü kullanılır ve söz konusu temel bir dış hava / su yansıması ünitesine takılır. IR ışını spektrometresi dışında rehberlik ve termostatlı Langmuir çukur ultra saf su yüzeyine odaklanmıştır. Aşağıdaki gelme açısı (40 °) Brewster açı p -polarization Işık ölçümleri için kullanıldı. IR ölçümleri için Langmuir çukur iki bölmeden oluşur: diğer bölme referans olarak kitlesel faz ultra saf su içerir ise bir bölmede, örnek tek tabakalı sistemi, yayılır. Bir bilgisayar kontrollü mekik sistemi örnek veya referans bölmesi ya aydınlatılmış, böylece çukur taşımak için kullanılır. Tek ışınlı yansıması için bir arka plan olarak referans bölmesinden tek ışınlı yansıma spektrumunun (R 0) ile giriş yapmak için (R / R 0) yansıma-absorpsiyon spektrumu Kullanıma göre hesaplamak, spektrumları gelen su buharı sinyal ortadan kaldırmak için spektrumÖrnek bölmesinden tek tabakalı (R). hava geçirmez bir kutuda içine bütün deney düzeneği yerleştirerek sürekli su buharı basıncı koruyun. Tüm deneylerde, sırasıyla, 8 cm -1 ve 20 kHz çözünürlük ve tarayıcı hızı kullanın. Olay IR ışını polarize bir tel ızgara polarize kullanın. 400 taramaları üzerinde p -polarized ışık spektrumları Co-ekleyin. spektrumları bir karşılaştırma için izin vermek için bir temel-düzeltme gerçekleştirin.
      1. Kızılötesi yansıtma emme (IRRA) spektroskopisi kurulum içeren bir Langmuir oluk içinde, aşırı saf su (3) ve seyreltilmiş stok çözeltisi 100 ul bir kısım yayıldı.
      2. Çözücü buharlaşmaya izin 15 dakika dengelenmeye Langmuir çukur bırakın.
      3. bariyerlerle Langmuir oluğun yüzey alanını azaltarak 5 a / (molekül X dak) sabit bir sıkıştırma oranı 1 mN / m bir yüzey basıncı tabakayı sıkıştırın. Yüzey ön MonitörBir filtre kağıdı Wilhelmy plaka ile yüzey basıncı, mikro aracılığıyla ssure 1 mN / m bir yüzey basıncı muhafaza edilir, böylece, Langmuir oluğun engelleri ayarlayın.
      4. 40 ° 44,45 insidansı bir açı p -polarized ışığı ile bir İR spektrumunu kaydetme.
      5. daha sonra, 3, 5 olan yüzey basınçları şekilde engelleri Langmuir oluğun yüzey alanını azaltarak 5 a / (molekül X dakika) sabit bir sıkıştırma oranında bir katman sıkıştırmak ve son / m 8 mN gösterildiği gibi elde edilmiştir yüzey basıncı mikro tarafından. Bu yüzey basınçları her biri için 40 ° 'lik geliş açısı p -polarized ışık Telaffuz spektrumlan ikinci sabit 44,45 tutarken.

    Oda sıcaklığı bir Hexayne amphiphile Monolayer 3. Kömürleşme

    Not: Yukarıda tarif edildiği gibi hava-su ara yüzeyinde tüm deneyleri yapılmaktadır. UV irradiasyon 250 W galyum-katkılı metal halid, UV lambası (UV ışık teknolojisi, Birmingham, Birleşik Krallık) kullanılarak gerçekleştirilmektedir. hava-su arayüzünde filmlerin carbonizations için Langmuir çukur muhafaza edildiği kutu dikkatlice çıkarılır veya tarafında açılan ve hava-su arayüzü kaplıdır sağlarken lamba su yüzeyinden 50 cm uzağa yerleştirilir UV ışık konisi. aydınlatma sırasında kitlesel faz sıcaklığı Langmuir oluğun termostat ile 20 ° C 'de muhafaza edilir. Tüm karbonizasyon deneyleri 8 mN / m bir yüzey basıncında gerçekleştirilir. Bu basınçta amfifillerin sıkı ambalaj, aynı zamanda, tek-tabakalı, yüksek stabilite gösteren, zaman sağlanır.

    1. IRRA Spektroskopisi ve İzoterm Ölçüm tarafından Karbonizasyon Araştırılması
      Not: 44,45, yukarıda tarif edildiği gibi IRRA spektrumları kaydedilmiştir.
      1. aşırı saf su (3) ve seyreltilmiş stok çözeltisi 100 ul bir kısım yayıldıKızılötesi yansıma-absorpsiyon spektroskopisi (IRRA) kurulumu içeren Langmuir yalak.
      2. Çözücü buharlaşmaya izin 15 dakika dengelenmeye Langmuir çukur bırakın.
      3. 8 mN / m bir yüzey basıncı elde edilecek şekilde donatılmış yüzey basıncı, mikro ile ölçülen engelleri Langmuir oluğun yüzey alanını azaltarak 5 a / (molekül X dakika) sabit bir sıkıştırma oranında bir katman sıkıştırın bir filtre kağıdı Wilhelmy plakası. 8 mN / m bir yüzey basıncı muhafaza edilir, böylece, Langmuir oluğun engelleri ayarlayın.
      4. 40 ° 44,45 insidansı bir açı p -polarized ışığı ile bir İR spektrumunu kaydetme.
      5. Dikkatle Langmuir çukur kapatan kutusunu kaldırın. Bir destek standına UV lamba monte edin ve arayüz UV ışık konisinin kaplıdır sağlarken yaklaşık 50 cm uzakta su yüzeyinden yerleştirin.
      6. tek tabaka hala olduğunu teyit ettikten sonraonlar mevcut konumda sabitlenir, böylece yüzey basınç mikro ile ölçülen 8 mN / m yüzey basıncında sıkıştırılmış, Langmuir çukur engelleri ayarlayın.
      7. UV ışığına hava-su arayüzü Açığa. Işınlama 40 dakika olmak üzere toplam sonra lambasını kapatarak ışınlama durdurun. Monitör ve ışınlama süresince bir filtre kağıdı Wilhelmy plakası ile donatılmış yüzey basınç mikro yüzey basıncı değişikliği kaydetmek.
      8. arabiriminin bir bulaşmayı önlemek için mühürlü kutuda Langmuir çukur içine alın. 30 dakika boyunca dengelenmeye setup bırakın. ışınlama sonrası yüzey basıncı mikro tarafından gözlemlenen yüzey basıncını korumak için Langmuir oluğun engelleri ayarlayın.
      9. 40 ° 44,45 insidansı bir açı p -polarized ışığı ile bir İR spektrumunu kaydetme.
    2. Brewster Açısı miroskop tarafından Karbonlaşmış Film Araştırılmasıy
      Not: Başka bir yerde 46,47 açıklandığı gibi Brewster açısı mikroskobu (BAM) deneyleri Brewster açısı mikroskop ile birleştiğinde bir ısmarlama bilgisayar arayüzlü Langmuir oluğu üzerinde gerçekleştirilir. Yüzey basıncı izotermleri sürekli mikroskopi deneyler süresince ölçülür. Yanal çözünürlük yaklaşık 4 mikron istihdam kurulum ile. Basit görüntü işleme yazılımı mikrograflar kontrast iyileştirmek için kullanılır.
      1. Brewster açısı mikroskop ile uyumlu Langmuir çukurda, aşırı saf su (3) ve seyreltilmiş stok çözeltisi 100 ul bir kısım yayıldı.
      2. Çözücü buharlaşmaya izin vermek üzere 15 dakika için dengelenmeye Langmuir çukur bırakın.
      3. bariyerlerle Langmuir oluğun yüzey alanını azaltarak 5 a / (molekül X dak) sabit bir sıkıştırma oranı ile 8 mN / m bir yüzey basıncı tabakayı sıkıştırın. Yüzey pres vasıtasıyla yüzey basıncını izlemekemin mikroterazi bir filtre kağıdı, Wilhelmy Plate donatılmıştır ve 8 mN / m bir yüzey basıncı muhafaza edilir, böylece, Langmuir oluğun engelleri ayarlayın.
      4. Bu yüzey basıncı 46,47 Tutanak BAM mikrograflar.
      5. Dikkatle Langmuir çukur çevreleyen kutuyu açın. Bir destek standına UV lamba monte edin ve arayüz UV ışık konisinin kaplıdır sağlarken yaklaşık 50 cm uzakta su yüzeyinden yerleştirin.
      6. tek tabaka hala 8 mN / m'lik bir yüzey basıncında sıkıştırılır ve Langmuir çukur engellerin konumunu düzeltmek olduğundan emin olun.
      7. UV ışığına hava-su arayüzü Açığa. 40 dakika olmak üzere toplam sonra lambasını kapatarak ışınlama durdurun. Monitör ve ışınlama süresince yüzey basıncı değişikliği kaydedin.
      8. Işınlama 46,47 sonra kayıt BAM mikrograflar.
      9. hava-su arayüzünde karbon nanosheet işlemek için bir iğne kullanın,ve karbon nanosheet hareketini izlemek için BAM kullanın. C nanosheet basınç uygulanması tabakanın yırtılması yol açar.
      10. Rüptüre tabakanın 46,47 Tutanak BAM mikrograflar.
    3. Bir Uncarbonized Katman Langmuir-Blodgett Transferi ve Katı Yüzey Hava-su Arabirimi Karbon Nanosheet
      Not: (Al 2 O 3) yüzeylerde temel piranha tedavi ile aktarmak için önce temizlenmiş ve 48 kullanmadan önce ultra saf su içinde saklanır safir. Mekanik bir kola bağlı cımbız çifti hava-su arayüzü 49 katmanların Langmuir-Blodgett (LB) transferi için uygun bir şekilde derin boşluğu ile dikey bir Langmuir oluğu üzerine yerleştirilir. cımbız olmayan bir karbonize, burada açıklandığı gibi, hem de karbonize örneği, aynı deneyde amaçlanmıştır iki çift transfer farklı yüksekliklerde mekanik kol takılı olması gerekiyorsa öyle ki bir alt-tabaka Cıikinci substrat kitlesel faz içinde kalır ise, bir çıkarılabilir. Langmuir-Schäfer (LS) transferi desteği 50 holey karbon transmisyon elektron mikroskobu (TEM) ızgaraları ile elle yürütülmüştür.
      1. , Cımbız iki çift iki safir yüzeylerde takın kitlesel faz substratlar batırmayın, ve iyice yayılmadan önce hava-su arayüzü temizleyin.
      2. Dikkatle Langmuir teknedeki, aşırı saf su (3), DCM / kloroform seyreltik stok çözeltisi 100 ul bir kısım yayıldı.
      3. Çözücü buharlaşmaya izin 15 dakika dengelenmeye Langmuir çukur bırakın.
      4. bariyerlerle Langmuir oluğun yüzey alanını azaltarak 5 a / (molekül X dak) sabit bir sıkıştırma oranı ile 8 mN / m bir yüzey basıncı tabakayı sıkıştırın. Bir filtre kağıdı Wilhelmy plakası ile donatılmış yüzey basıncı mikro vasıtasıyla yüzey basıncını izlemek ve engelleri set8 mN / m bir yüzey basıncı muhafaza edilir, böylece Langmuir oluğu.
      5. İlk kadar 1.2 mm / dak hızında, safir alt-tabaka olmayan karbonlu tek tabaka transferi muhafaza tek tabaka 8 mN / m bir yüzey basıncında yüzey basıncı, mikro gösterildiği gibi, mekanik kol yukarı çekmek için alt-tabaka, tamamen kitlesel faz çıkarılır. ikinci substrat kitlesel faz batırılır tutulması gerekmektedir.
      6. Dikkatle, cımbız çiftinden olmayan kömürleşmiş tabaka taşıyan ilk substrat almak ışıktan koruma altına saklayın ve gerektiğinde amaçlanan uygulama için kullanır.
      7. Dikkatle Langmuir çukur çevreleyen kutuyu açın. arayüz UV ışık konisinin kaplıdır sağlarken, bir destek standına UV lamba monte edin ve yaklaşık 50 cm uzakta su yüzeyinden yerleştirin.
      8. tek tabaka halen 8 mN / m bir yüzey basıncında sıkıştırılmış olduğundan emin olun ve positio tamirengellerin n.
      9. UV ışığına hava-su arayüzü Açığa. Işınlama 40 dakika olmak üzere toplam sonra lambasını kapatarak ışınlama durdurun. Monitör ve ışınlama süresi boyunca yüzey basıncı, mikro ile ölçülen yüzey basıncı değişikliği kaydeder.
      10. ışınlama sonra ölçülen yüzey basıncı muhafaza edilir ve böylece bir safir alt tabakaya kömürleşmiş filmi aktarmak için, Langmuir çukur engelleri ayarlayın. Langmuir çukur bariyerlerle sabit yüzey basıncını tutarken, alt tabaka tamamen kitlesel faz kaldırılana kadar 1,2 mm / dak hızında arayüzünden alt tabakayı tutan mekanik kol geri çekin.
      11. Dikkatle cımbız çiftinden kömürleşmiş katman taşıyan substrat almak.
      12. Cımbız ile bir holey karbon TEM ızgara tutun ve hava-su arayüzü 50 kömürleşmiş tabakanın manuel LS transferi gerçekleştirin. t leto hafif bir azot akışı içinde yavaş yavaş kuru örnek ve elektron mikroskobu (SEM) görüntüleme taramaya gerçekleştirin.
      13. olmayan karbonize tabakanın Telaffuz UV / Vis emme spektrumları ve dakikada 400 nm'lik bir tarama hızında bir UV / Vis spektrometre üzerinde C-nanosheet. referans olarak boş bir safir alt tabaka kullanın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Hazırlanan prekürsör molekülünün 13C nükleer manyetik rezonans (NMR) spektrumu 3 görüntüler δ = 82-60 ppm (Şekil 1b) karşılık gelen bir kimyasal kaymalarla hexayne segmentinin 12 sp -hybridized C-atomu içerir. Ayrıca, δ = 173 ppm ve δ = 52 ppm'de sinyaller, sırasıyla, esterin karbonil ve metil karbon atanır. δ = 33-14 ppm arasında sinyal dodesil kalıntısının alifatik karbon atfedilmektedir. 3 mukabil UV / Vis absorpsiyon spektrumu bir hexayne (Şekil 1c) karakteristik titreşimsel ince bir yapı gösterir.

hexayne amfifil (3) film oluşturucu özellikleri yer basıncı alan izoterm ölçülmesiyle ve (sıkıştırılabilirlik modülüne türetmek incelenmiştirŞekil 2a-b). Bir tabakasının kompresyona karşı 24 ± 2 arasında bir ortalama molekül alanı yüzey basıncında bir artışa yol açar ve izoterm dik eğime sahiptir. Ayrıca, güçlü bir eğik düz alanı, sırasıyla bir 2 22 ve 18 molekül alanlarını anlamına gelen yüzey 9 basınç ve 15 mN / m arasında görülmektedir. Plato üzerinde, izoterm eğimi ikinci dik artış 37 mN 17 ortalama moleküler alanda Å 2 tekabül / m yüzey basıncında filmin çöküşüne kadar görülmektedir. Yüzey basıncı karşı sıkıştırılabilirlik modülü bir arsa gösterir 1-9 mN / m gibi düşük bile yüzey basınçlarında C s -1> 100 mN / m değerlerine eski artar. Bu plato bölgedeki modülünün bir azalma ve C s değerlerin dışında bir başka artış izledi -1> 300 mN / m kadarFilmin çöküşüne. 8 mN / m bir yüzey basıncında (3) tabakası izleme karşılık gelen yüzey alanı (Şekil 2c) bir değişiklik gösterir. Izoterm plato üzerinde 23 mN / m bir yüzey basıncında, Bununla birlikte, yüzey alanının önemli bir azalma, 45 dakika (Şekil 2d) boyunca meydana gelir.

Izoterm plato altındaki yüzey basınçlarında kendine monte tek tabaka kızılötesi yansıma emilim (IRRA) spektrumları (Şekil 3) kayıt ile karakterizedir. 3600 ve 1670 cm -1 OH germe ve sırasıyla su titreşimleri bükme kaynaklanan az 1-8 mN / m gösterisi geniş bantların yüzey basınçlarında IRRA spektrumları. Ayrıca, 2.350 sm bir bant -1 karbondioksit sinyali (Şekil 3a) yetersiz bir telafisi kaynaklandığı görülmektedir. NBu arka plan sinyallerinin EXT spektrum görüntüleme 2,919 de bantları ve 2,849 cm-1, asimetrik ve simetrik CH2 tekabül amfifil dodesil kalıntılarının titreşimleri (3) germe (Şekil 3b). Bu bantların pozisyonlarını hava-su arayüzünde 45,51 tekkatmanlar alkil tortularının yapısal düzen için niteliksel belirteç olarak görev yapar. Ayrıca, 2.200 ve 2.171 cm-1 'lik bantlardır, hexayne kısmı (Şekil 3c) C≡C germe titreşim tahsis edilebilir görülmektedir. IRRA spektrumları izotermi plato altında farklı yüzey basınçlarına tabakanın sıkıştırılması üzerine değişmez.

Kömürleşme süreci IRRA spektroskopisi tarafından izlenir ve yüzey basıncı evrimi yüzey basıncı mikro vasıtasıyla (Şekil 4) tarafından takip edilir. bir comparisönce ve sonra IRRA spektrumları UV ışınlaması 2.200 ve 2.172 cm hexayne parçalarının (C≡C)) ile ilişkili titreşim bandı -1 tamamen ışın (Şekil 4C), 40 dakika sonra yok olduğunu gösterir. Aynı zamanda, asimetrik ve simetrik metilen -1 2,919 ve 2,849 cm yoğunluğunda azalma gerilme titreşimlerinin ve 2.924 ve 2.855 cm frekans kayması -1 sırasıyla (Şekil 4b). Ayrıca, 3.600 cm kitlesel faz (OH)) OH bandı -1 anlamlı ışınlama (Şekil 4a) boyunca yoğunluğu azalır. bariyerler 8 mN / m tek tabaka sıkıştırmadan sonra sabitlenir ve UV ışınlama başlatıldığında, yüzey basıncı hızla carb sırasında 27 mN / m değerleri ötesinde artar, yüzey basınç mikro terazi gösterisi verilerionization proses.

UV ile indüklenen kömürleşme sonra safir yüzeylerde transfer filmler, ilgili UV / Vis spektrumu (Şekil 4e) kadar 550 nm dalga boylarında geniş, özelliksiz emilimini gösterir. C nanosheets ana absorpsiyon tepe yaklaşık 260 nm'de gözlemlenir ve radyasyondan önce tek tabaka spektrumuyla karşılaştırıldığında hexayne kısımların tam dönüşümünü teyit etmektedir. Brewster açısı mikrograflan (Şekil 5) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüler elde karbon nanosheets (Şekil 6) görselleştirmek için bir araç olarak hizmet vermektedir. Siyah bölgeler (Şekil 5A), UV ile ışınlama ve di karbonizasyon sonra elde edilen tabakanın görüntü ile gösterildiği gibi amfifil bir tek tabaka Brewster açısı mikrograflan (3) 8 mN / m göstermek için kusurlar ya da boşluğunun bir film sıkıştırılmış ikenFilmin dokusu belirgin bir değişiklik Şevli (Şekil 5b, c). Sac adalar yırtılması sonrasında hava-su arayüzü (Şekil 5d) kayan kalır. Elektron mikroskobu destek olarak bir holey karbon TEM ızgara Langmuir-Schäfer Transferden sonra nanosheets gösterir. Nanosheets TEM ızgara mikrometre boyutlu delikleri (Şekil 6a-d) kapsayan için yeterli mekanik stabildir. Hafif bir kontrast 2,0 kV bir hızlanan voltajda karbon nanosheet ile kaplı bölgeler ve diğerleri arasında gözlenmektedir (Şekil 6a; görüntüde görünür karanlık nokta düşük büyütme oranlarında bir gölgeleme etkisi önde gelen küçük bir çalışma mesafesi doğar). C-nanosheet yaklaşık 0.5 kV elektron ışınına opak hale gelir, ve karbon nanosheet kenarının (Şekil 6, kırışıklıklar gibi dökümlü gösterildiği gibi aynı konumda alınan görüntüleri, hızlandırma gerilimi etkisi vurgulamakB, C). Film, aksi takdirde çok düzgün ve eşit daha sınır bölgesinden uzak ızgara yayılmıştır (Şekil 6d karbon nanosheet belirlenmesinde destek ızgara yardımcıları kusur).

Şekil 1
Şekil 1: Sıralı brominasyon 52,53 ve alkin segmentin Pd-katalizli uzama 30,31 ile hexayne amfifil (3) (a) sentezi. Reaktifler ve koşullar: (i) 1,4-bis (trimetilsilil) buta-1,3-diyne, MeLi · LiBr, ZnCl2, PdCl2 (dppf) · DCM, THF / toluen,% 71; ii) AGF, NBS, MeCN; daha sonra 1-trimethylsilyloctadeca-1,3,5-triyne 7 MeLi · LiBr, ZnCl2, PdCl2 (dppf) · DCM, THF / toluen, iki aşamada% 23; (Iii) NaOMe, DCM, MeOH, nicel. (< strong> b) oniki asetilen karbon rezonansları (turuncu) ve (c) karşılık gelen UV / Vis spektrumu ile hexayne amfifil (3) 13 C NMR spektrumu. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

şekil 2
Şekil 2: hava-su ara yüzeyinde hexayne amfifil (3) incelenmesi: (a) bir yüzey basınç alanı izoterm ve (b) bir film sıkıştırılabilirliği modülü parselin gaz benzer fazdan doğrudan geçiş işaret etmektedir. bir yoğunlaştırılmış faz. (C) tabaka 8 / m mN da (d) 23 mN / m, ve yüzey alanı geliştirme sıkıştırılmaktadır sabit yüzey basıncında izlenir. om / files / ftp_upload / 53505 / 53505fig2large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3: 1 mN / m (siyah çizgi) ve 8 mN / m arası basınçlarda yüzey sıkıştırılmış hexayne amfifil (3) filmin kızılötesi yansıtma emme (IRRA) spektrumları (40 °, s -polarized ışık) (ışık mavi çizgi). (a) 3600 ve 1670 cm belirgin bantlar ile tam spektrum -1 su kitlesel faz yanı sıra 2.350 cm -1 yetersiz olması nedeniyle karbondioksit tazminat etrafında zirveden. (B) metilen germe titreşim spektral bölgesi olarak hexayne kısmına karşılık gelen (c) grupları. 05 / 53505fig3large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Şekil 4: Reaktif, karbonca zengin amfifil 3'ün bir filmin karbonizasyon incelenmesi. (Mavi çizgi) önce ve UV ışınlaması 40 dakika (kırmızı çizgi) sonra kaydedilmiştir (a) IRRA spektrumu. (B) metilen germe titreşim spektral bölgesi olarak hexayne kısmına karşılık gelen (c) grupları. Sabit yüzey alanında sabitlenmiş engelleri ile (d) yüzey basıncı önemli bir artış karbonizasyon sırasında gözlenir. (E) UV / Vis spektrumu (3) 600 nm dalga boyunda, geniş ve idi emilmesini gösteren olmayan bir karbonize filme kıyasla ışınlanmış filmlerin.om / files / ftp_upload / 53505 / 53505fig4large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Şekil 5: önce ve UV ışıması ile karbonizasyon sonra hava-su ara yüzeyinde amfifil 3'ün bir film ile Brewster açısı mikroskobu (BAM) deneyleri, (3) 8 mN sıkıştırılmış / m'den az bir tek tabaka, (a) mikrografı.. (B) UV ışın tedavisi dan sonra, filmin bir doku belirgin bir değişim (c) film, bariyerleri açarak genişletmek için izin verildikten sonra, daha homojen hale görülmektedir. Bir iğne ile manipülasyon yoluyla kömürleşmiş tabakanın (d) Kopma hava-su arayüzünde yüzen adaları bırakır. Daha büyük bir ettik görmek için buraya tıklayınızBu rakamın rsion.

Şekil 6,
Şekil 6:. Destek Delikli C TEM kılavuza Langmuir-Schäfer transferden sonra bir karbon nanosheet tarama elektron mikroskobu (SEM) (a) 2.0 kV bir hızlandırma gerilimi görüntülü kısmen kapalı ızgarası. (B - C) C-nanosheet yaklaşık 0.5 kV elektron ışınına opak hale gelir. (D) Dışarıda kenarından, düzgün bir film eşit ızgara yayılır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

İstenen hexayne amfifil (3) düpedüz sıralı brominasyon 52,53 hazırlanır ve tritylphenyl ester (2) (Şekil 1a) 29 bir son koruma giderme reaksiyonu ile, alkin segmentin uzama 30,31 Pd-katalizli izledi. Başarılı sentezi 31,54 13C NMR tayfı (Şekil 1B) hem de UV-Vis emilme tayfı (Şekil 1c) teyit edilir. Bu, daha yüksek oligoyne homologlarını geliştirilen sentetik yöntem 30,31 hazırlanabilir hangi kolay doğasını gösterir. Bununla birlikte, göz oligoyne türevlerinin hassasiyetini tutmak önemlidir ve seyreltik çözeltiler içinde depolama uzun süreli bütünlüğünü sağlamak için tavsiye edilir. Ayrıca, saf bileşikleri, vaktinden önce ayrışmasını önlemek için oda sıcaklığında ya da altında, karanlıkta ele alınmalıdır. Bu kritik öneme sahiptirBu bileşik, hali hazırda, katı halde 41 dimerleşir gibi hexayne ester (2) sentezi in situ hazırlanır, ara bromotriyne. Hexayne amfifil (3), tersine çevrilebilir bir plato 55 ile ayrılan iki farklı yoğunlaştırılmış fazlar bir gaz benzer bir faz ardışık geçişler geçiren, (Şekil 2A, B) hava-su ara yüzeyinde filmler oluşturur. Bir sabit yüzey basıncında zamanla yüzey alanının gelişimini izleme filmleri plato altındaki basınçlar (Şekil 2c, d) kararlı olduklarını kanıtladı. Tek tabakalı karbonizasyon nedenle 8 mN / m bir yüzey basıncında araştırılmıştır. Yüzey basınç alanı izoterm ölçümlere elde etmek için, temiz bir Langmuir çukur kurulum büyük önem taşımaktadır.

Asimetrik ve simetrik metilen germe 2,919 de titreşim ve 2849 cm IRRA spektrumları ekran bantları -1 all-trans durum sipariş alkil grupları (Şekil 3a, b) 45,51 için karakteristik. 2.200 ve 2.171 cm-1 'lik bantlardır, hexayne kısmı (Şekil 3c) C≡C germe titreşim atanabilir. Kendi kendini monte tek tabaka UV ışığına maruz bırakıldığında, bu bantlar tam neredeyse tam bir dönüşümü (Şekil 4a-c) gösteren kaybolur. Gerilme titreşimlerinin metilen dodesil zincirleri, bir sıvı-genleşen, sıralanmamış (gauche) durumuna 45,51 için uygun bir değişiklik geçiren belirten 2,924 ve 2,855 cm-1 (Şekil 4b), frekanslara kayar. Yüzey basıncı önemli bir artış karbonizasyon (Şekil 4D) üzerine tabakanın yanal genişleme gösteren sabit bir yüzey alanında karbonizasyon boyunca oluşur. öncesi ve kömürleşme sonra tek tabakaları tr daha sonrasafir yüzeye ansferred. Çözelti içinde hexayne (3) ve ışınlanmamış tek tabaka, kömürleşmiş filmin UV / Vis spektrumu farklı detaylı karbonizasyon kesin kanıt sağlayan, en fazla 550 nm 'lik dalga boyunda geniş, hiçbir özelliği emme saptanmıştır (Şekil 4e) . Yaklaşık 2.2 eV optik band aralığı böylece azaltılmış grafen oksit malzemelerin 56,57 çalışmaları göre, grafit karbon azından nanometre büyüklüğünde etki varlığını göstermektedir.

Amfifil (3), siyah bölgelerle belirtildiği üzere karbonizasyon bozukluklarına ya da boşlukları ile bir film göstermeden önce (Şekil 5a) bir tek tabaka Brewster açısı mikrograflan. Buna karşılık, karbonizasyon sonra tek tabaka resim da Langmuir çukur (Şekil 5C) bariyerlerin genişlemesinden sonra, (Şekil 5b) oluklu bir doku ile daha homojen bir film gösterir.Kömürleşmiş filmler bir iğne ile manipülasyon yoluyla rüptüre olabilir ve rüptüre adalar hava-su arayüzü (Şekil 5d) kayan kalır. Bu kömürleşme sonra filmlerin önemli ölçüde artmış mekanik stabilite doğrular. Ayrıca, SEM mikro uzatılmış yanal boyutta (Şekil 6a-d) ince bir C-nanosheet oluşumunu teyit etmektedir.

Sonuç olarak, burada hava-su arayüzünde kendini montaj ve amfifilik hexaynes sonraki kömürleşme dayalı karbon nanosheets hazırlamak için yeni bir yöntem sundu. Bu süreç karbon yapısında azalma grafen oksit benzerlikler taşıyan mekanik stabil etkinleştirilmiş karbon filmler verir. C nanosheets yan boyutları yalnızca Langmuir çukur ve santimetre kare büyüklüğünde nanosheet örnekleri düpedüz hazırlanır alanı ile sınırlıdır. Özellikle, sunulan yaklaşım ac eldegenellikle 800 ° C 18,58,59 yukarıdaki proses sıcaklıklarında güveniyor karbon nanomateryallerin doğru diğer yaklaşımlar önemli ölçüde ayıran oda sıcaklığında omplete kömürleşme. Bu duruma göre, bir kimyasal fonksiyonel grup korunur ve karbon nanosheets yüzey kimyası bir kontrol amfifilik haberci moleküllerin dikkatli bir seçimi ile elde edilebilir. Biz koruyucu kaplamalar, yeni elektrot malzemeleri ve membranlara elektron-mikroskopi için Kemoselektif substratların hazırlanması potansiyel uygulamaların bir bolluk öngörüyoruz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Methyllithium lithium bromide complex (2.2 M solution in diethylether) Acros 18129-1000 air-sensitive, flammable
Zinc chloride (0.7 M solution in THF) Acros 38945-1000 air-sensitive, flammable
1,1'-Bis(diphenylphosphino)ferrocene]
dichloropalladium(II), DCM adduct 
Boron Molecular BM187
N-Bromosuccinimide Acros 10745 light-sensitive
Silver fluoride Fluorochem 002862-10g light-sensitive
n-Butyllithium (2.5 M solution in hexanes) Acros 21335-1000 air-sensitive, flammable
Sodium methanolate Acros 17312-0050
Tetrahydrofuran (unstabilized, for HPLC) Fisher Chemicals T/0706/PB17 This solvent was dried as well as degassed using a solvent purification system (Innovative Technology, Inc, Amesbury, MA, USA)
Toluene (for HPLC) Fisher Chemicals T/2306/17 This solvent was dried as well as degassed using a solvent purification system (Innovative Technology, Inc, Amesbury, MA, USA)
Acetonitrile (for HPLC) Fisher Chemicals A/0627/17 This solvent was dried as well as degassed using a solvent purification system (Innovative Technology, Inc, Amesbury, MA, USA)
Dichloromethane (Extra Dry over Molecular Sieve) Acros 34846-0010
Chloroforme (p.a.) VWR International 1.02445.1000
Pentane Reactolab 99050 Purchased as reagent grade and distilled once prior to use
Heptane Reactolab 99733 Purchased as reagent grade and distilled once prior to use
Dichloromethane Reactolab 99375 Purchased as reagent grade and distilled once prior to use
Diethylether Reactolab 99362 Purchased as reagent grade and distilled once prior to use
Geduran silica gel (Si 60, 40-60 µm) Merck 1115671000
Langmuir trough R&K, Potsdam
Thermostat  E1 Medingen
Hamilton syringe  Model 1810 RN SYR
Vertex 70 FT-IR spectrometer  Bruker
External air/water reflection unit (XA-511)  Bruker
UV lamp (250 W, Ga-doped metal halide bulb) UV-Light Technology
Brewster angle microscope (BAM1+)  NFT Göttingen
Sapphire substrates Stecher Ceramics
Quantifoil holey carbon TEM grids Electron Microscopy Sciences
Nuclear magnetic resonance spectrometer (Bruker Avance III 400) Bruker
JASCO V-670 UV/Vis spectrometer JASCO
Scanning Electron Microscope (Zeiss Merlin FE-SEM) Zeiss

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Geim, A. K., Novoselov, K. S. The rise of graphene. Nature Mater. 6, (3), 183-191 (2007).
  2. Lee, C., Wei, X., Kysar, J. W., Hone, J. Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene. Science. 321, (5887), 385-388 (2008).
  3. Lee, J. H., Loya, P. E., Lou, J., Thomas, E. L. Dynamic mechanical behavior of multilayer graphene via supersonic projectile penetration. Science. 346, (6213), 1092-1096 (2014).
  4. Castro Neto, A. H., Guinea, F., Peres, N. M. R., Novoselov, K. S., Geim, A. K. The electronic properties of graphene. Rev. Mod. Phys. 81, (1), 109-162 (2009).
  5. Lau, C. N., Bao, W., Velasco, J. Jr Properties of suspended graphene membranes. Mater. Today. 15, (6), 238-245 (2012).
  6. Ramanathan, T., et al. Functionalized graphene sheets for polymer nanocomposites. Nature Nanotechnol. 3, (6), 327-331 (2008).
  7. Fan, Z., Yan, J., Ning, G., Wei, T., Zhi, L., Wei, F. Porous graphene networks as high performance anode materials for lithium ion batteries. Carbon. 60, 558-561 (2013).
  8. Fiori, G., et al. Electronics based on two-dimensional materials. Nature Nanotechnol. 9, (10), 768-779 (2014).
  9. Burghard, M., Klauk, H., Kern, K. Carbon-Based Field-Effect Transistors for Nanoelectronics. Adv. Mater. 21, (25-26), 2586-2600 (2009).
  10. Avouris, P., Chen, Z., Perebeinos, V. Carbon-based electronics. Nature Nanotechnol. 2, (10), 605-615 (2007).
  11. Zurutuza, A., Marinelli, C. Challenges and opportunities in graphene commercialization. Nature Nanotechnol. 9, (10), 730-734 (2014).
  12. Novoselov, K. S., Fal'ko, V. I., Colombo, L., Gellert, P. R., Schwab, M. G., Kim, K. A roadmap for graphene. Nature. 490, (7419), 192-200 (2013).
  13. Novoselov, K. S., et al. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science. 306, (5696), 666-669 (2004).
  14. Li, X., et al. Large-Area Synthesis of High-Quality and Uniform Graphene Films on Copper Foils. Science. 324, (5932), 1312-1314 (2009).
  15. Sun, Z., Yan, Z., Yao, J., Beitler, E., Zhu, Y., Tour, J. M. Growth of graphene from solid carbon sources. Nature. 468, (7323), 549-552 (2010).
  16. Lee, J. H., et al. Wafer-scale growth of single-crystal monolayer graphene on reusable hydrogen-terminated germanium. Science. 344, (6181), 286-289 (2014).
  17. Scott, L. T., et al. A rational chemical synthesis of C60. Science. 295, (5559), 1500-1503 (2002).
  18. Hoheisel, T. N., Schrettl, S., Szilluweit, R., Frauenrath, H. Nanostructured Carbonaceous Materials from Molecular Precursors. Angew. Chem. Int. Ed. 49, (37), 6496-6515 (2010).
  19. Schrettl, S., Frauenrath, H. Elements for a Rational Polymer Approach towards Carbon Nanostructures. Angew. Chem. Int. Ed. 51, (27), 6569-6571 (2012).
  20. Müllen, K. Evolution of Graphene Molecules: Structural and Functional Complexity as Driving Forces behind Nanoscience. ACS Nano. 8, (7), 6531-6541 (2014).
  21. Chen, L., Hernandez, Y., Feng, X., Müllen, K. From Nanographene and Graphene Nanoribbons to Graphene Sheets: Chemical Synthesis. Angew. Chem. Int. Ed. 51, (31), 7640-7654 (2012).
  22. Paraknowitsch, J. P., Thomas, A. Functional Carbon Materials From Ionic Liquid Precursors. Macromol. Chem. Phys. 213, (10-11), 1132-1145 (2012).
  23. Titirici, M. M., et al. Sustainable carbon materials. Chem. Soc. Rev. 44, (1), 250-290 (2015).
  24. Angelova, P., et al. A universal scheme to convert aromatic molecular monolayers into functional carbon nanomembranes. ACS Nano. 7, (8), 6489-6497 (2013).
  25. Zhi, L., Wu, J., Li, J., Kolb, U., Müllen, K. Carbonization of Disclike Molecules in Porous Alumina Membranes : Toward Carbon Nanotubes with Controlled Graphene-Layer Orientation. Angew. Chem. Int. Ed. 44, (14), 2120-2123 (2005).
  26. Zhi, L., et al. From Well-Defined Carbon-Rich Precursors to Monodisperse Carbon Particles with Hierarchic Structures. Adv. Mater. 19, (14), 1849-1853 (2007).
  27. Matei, D. G., et al. Functional single-layer graphene sheets from aromatic monolayers. Adv. Mater. 25, (30), 4146-4151 (2013).
  28. Szilluweit, R., et al. Low-temperature preparation of tailored carbon nanostructures in water. Nano Lett. 12, (5), 2573-2578 (2012).
  29. Schrettl, S., et al. Functional carbon nanosheets prepared from hexayne amphiphile monolayers at room temperature. Nature Chem. 6, (6), 468-476 (2014).
  30. Hoheisel, T. N., Frauenrath, H. A Convenient Negishi Protocol for the Synthesis of Glycosylated Oligo(ethynylene)s. Org. Lett. 10, (20), 4525-4528 (2008).
  31. Schrettl, S., et al. Facile synthesis of oligoyne amphiphiles and their rotaxanes. Chem. Sci. 6, (1), 564-574 (2015).
  32. Sakamoto, J., van Heijst, J., Lukin, O., Schlüter, A. D. Two-Dimensional Polymers: Just a Dream of Synthetic Chemists? Angew. Chem. Int. Ed. 48, (6), 1030-1069 (2009).
  33. Bauer, T., et al. Synthesis of Free-Standing, Monolayered Organometallic Sheets at the Air/Water Interface. Angew. Chem. Int. Ed. 50, (34), 7879-7884 (2011).
  34. Payamyar, P., et al. Synthesis of a Covalent Monolayer Sheet by Photochemical Anthracene Dimerization at the Air/Water Interface and its Mechanical Characterization by AFM Indentation. Adv. Mater. 26, (13), 2052-2058 (2014).
  35. Zheng, Z., et al. Synthesis of Two-Dimensional Analogues of Copolymers by Site-to-Site Transmetalation of Organometallic Monolayer Sheets. J. Am. Chem. Soc. 136, (16), 6103-6110 (2014).
  36. Sakamoto, R., et al. A photofunctional bottom-up bis(dipyrrinato)zinc(II) complex nanosheet. Nature Commun. 6, 6713 (2015).
  37. van Heijst, J., Corda, M., Lukin, O. Compounds bearing multiple photoreactive chalcone units: Synthesis and study towards 2D polymerization in Langmuir monolayers. Polymer. 70, 1-7 (2015).
  38. Murray, D. J., et al. Large area synthesis of a nanoporous two-dimensional polymer at the air/water interface. J. Am. Chem. Soc. 137, (10), 3450-3453 (2015).
  39. Li, J. J., Limberakis, C., Pflum, D. A. Modern Organic Synthesis in the Laboratory. Oxford University Press. New York, NY, USA. (2007).
  40. Chai, C., Armarego, W. L. F. Purification of Laboratory Chemicals. Elsevier Butterworth-Heinemann. Burlington, MA, USA. (2003).
  41. Hoheisel, T. N., et al. A multistep single-crystal-to-single-crystal bromodiacetylene dimerization. Nature Chem. 5, (4), 327-334 (2013).
  42. Brzozowska, A. M., Duits, M. H. G., Mugele, F. Stability of stearic acid monolayers on Artificial Sea Water. Colloids Surf., A. 407, 38-48 (2012).
  43. Davies, J. T., Rideal, E. K. Interfacial Phenomena. Academic Press. New York, NY, USA. (1963).
  44. Mendelsohn, R., Flach, C. R. Infrared Reflection-Absorption Spectrometry of Monolayer Films at the Air-Water Interface. Handbook of Vibrational Spectroscopy. J. Wiley. Sons: Chichester, UK. 1028-1041 (2002).
  45. Mendelsohn, R., Mao, G., Flach, C. R. Infrared reflection-absorption spectroscopy: Principles and applications to lipid-protein interaction in Langmuir films. Biochim. Biophys. Acta Biomembr. 1798, (4), 788-800 (2010).
  46. Hoenig, D., Moebius, D. Direct visualization of monolayers at the air-water interface by Brewster angle microscopy. J. Phys. Chem. 95, (12), 4590-4592 (1991).
  47. Hénon, S., Meunier, J. Microscope at the Brewster angle: Direct observation of first-order phase transitions in monolayers. Rev. Sci. Instrum. 62, (4), 936-939 (1991).
  48. Kirby, K. W., Shanmugasundaram, K., Bojan, V., Ruzyllo, J. Interactions of Sapphire Surfaces with Standard Cleaning Solutions. ECS Trans. 11, (2), 343-349 (2007).
  49. Blodgett, K. B. Films Built by Depositing Successive Monomolecular Layers on a Solid Surface. J. Am. Chem. Soc. 57, (6), 1007-1022 (1935).
  50. Langmuir, I., Schaefer, V. J. Activities of Urease and Pepsin Monolayers. J. Am. Chem. Soc. 60, (6), 1351-1360 (1938).
  51. Mendelsohn, R., Brauner, J. W., Gericke, A. External infrared reflection absorption spectrometry of monolayer films at the air-water interface. Annu. Rev. Phys. Chem. 46, (1), 305-334 (1995).
  52. Hofmeister, H., Annen, K., Laurent, H., Wiechert, R. A Novel Entry to 17a-Bromo- and 17a-Iodoethynyl Steroids. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 23, (9), 727-729 (1984).
  53. Kim, S., Kim, S., Lee, T., Ko, H., Kim, D. A New, Iterative Strategy for the Synthesis of Unsymmetrical Polyynes: Application to the Total Synthesis of 15,16-Dihydrominquartynoic Acid. Org. Lett. 6, (20), 3601-3604 (2004).
  54. Chalifoux, W. A., Tykwinski, R. R. Synthesis of polyynes to model the sp-carbon allotrope carbyne. Nature Chem. 2, (11), 967-971 (2010).
  55. Kaganer, V. M., Möhwald, H., Dutta, P. Structure and phase transitions in Langmuir monolayers. Rev. Mod. Phys. 71, (3), 779-819 (1999).
  56. Eda, G., et al. Blue photoluminescence from chemically derived graphene oxide. Adv. Mater. 22, (4), 505-509 (2010).
  57. Kumar, P. V., Bardhan, N. M., Tongay, S., Wu, J., Belcher, A. M., Grossman, J. C. Scalable enhancement of graphene oxide properties by thermally driven phase transformation. Nature Chem. 6, (2), 151-158 (2014).
  58. Chernick, E. T., Tykwinski, R. R. Carbon-rich nanostructures: the conversion of acetylenes into materials. J. Phys. Org. Chem. 26, (9), 742-749 (2013).
  59. Rondeau-Gagné, S., Morin, J. F. Preparation of carbon nanomaterials from molecular precursors. Chem. Soc. Rev. 43, (1), 85-98 (2014).
Oda sıcaklığında karbon Nanosheets hazırlanması
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Schrettl, S., Schulte, B., Stefaniu, C., Oliveira, J., Brezesinski, G., Frauenrath, H. Preparation of Carbon Nanosheets at Room Temperature. J. Vis. Exp. (109), e53505, doi:10.3791/53505 (2016).More

Schrettl, S., Schulte, B., Stefaniu, C., Oliveira, J., Brezesinski, G., Frauenrath, H. Preparation of Carbon Nanosheets at Room Temperature. J. Vis. Exp. (109), e53505, doi:10.3791/53505 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter