Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Chemistry

Mikrofluidbasert syntese av kovalente organiske rammer (COF): Et verktøy for kontinuerlig produksjon av COF-fibre og direkte utskrift på overflaten

doi: 10.3791/56020 Published: July 10, 2017

Summary

Vi presenterer en ny mikrofluidisk-basert metode for syntese av kovalente organiske rammer (COFs). Vi demonstrerer hvordan denne tilnærmingen kan brukes til å produsere kontinuerlige COF-fibre, og også 2D- eller 3D-COF-strukturer på overflater.

Abstract

Kovalente organiske rammer (COFs) er en klasse av porøse kovalente materialer som ofte syntetiseres som ubehandlede krystallinske pulvere. Den første COF ble rapportert i 2005 med stor innsats sentrert på etablering av nye syntetiske ruter for utarbeidelse. Til nå er de fleste tilgjengelige syntetiske metoder for COF-syntese basert på bulkblanding under solvotermiske forhold. Derfor er det økende interesse for å utvikle systematiske protokoller for COF-syntese som sørger for fin kontroll over reaksjonsforholdene og forbedrer COF-bearbeiding på overflater, noe som er essensielt for bruk i praktiske anvendelser. Her presenterer vi en ny mikrofluidbasert metode for COF-syntese der reaksjonen mellom to bestanddeler, 1,3,5-benzentrikarbaldehyd (BTCA) og 1,3,5-tris (4-aminofenyl) benzen (TAPB), Foregår under kontrollerte diffusjonsbetingelser og ved romtemperatur. Bruke en slik tilnærming gir svamp-lignende, krysseHøye fibre av et COF-materiale, heretter kalt MF-COF. De mekaniske egenskapene til MF-COF og den dynamiske naturen til tilnærmingen tillater kontinuerlig produksjon av MF-COF-fibre og direkte utskrift på overflater. Den generelle metoden åpner nye potensielle applikasjoner som krever avansert utskrift av 2D eller 3D COF strukturer på fleksible eller stive overflater.

Introduction

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

Kovalente organiske rammer (COFs) er en veletablert klasse av porøst og krystallinsk materiale hvor de organiske byggeblokkene holdes fast sammen med kovalente bindinger 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . COF er vanligvis samlet etter supramolekylære kjemiske prinsipper, hvor de molekylære byggeblokkene er selektivt omsatt for å definere en endelig og forutbestemt porøs sammenstilling. En slik tilnærming tillater syntese av materialer med kontrollert og bestilt struktur ( f.eks . Med definerte poremått) og sammensetning 3 , 6 , 7 , 8 . Sammenlignet med andre porøse materialer, er COFer unike siden de består av lyse elementer (C, H, B, N og O) og har avstemningsbar poro Sitet 1 , 5 . Inspirert av disse unike og inneboende egenskapene, har COF blitt vurdert for potensiell anvendelse i kjemiske separasjoner 9 , gasslagring 10 og katalyse 11 , sensorer 12 , optoelektronikk 13 , rene energiteknologier 14 og elektrokemiske energiinnretninger 15 .

Til nå er det store flertallet av metoder som brukes til utarbeidelse av COF-materialer, basert på solvotermiske selvkondensasjon og kondensasjonsreaksjoner, hvor høye temperaturer og trykk er standarden. Selv om COF er termisk robust, lider de vanligvis av begrenset prosessibilitet, dvs. COF er vanligvis uoppløselige og ubehandlede krystallinske pulver, og dette begrenser bruken av dem i en rekke potensielle og praktiske anvendelserSs = "xref"> 2 , 6 , 8 , 16 , 17 . Til tross for bemerkelsesverdige fremskritt i COF-syntese er en stor utfordring på feltet å utvikle en metode som gjør det mulig å lage COF i passende reaksjonsforhold ( f.eks . Temperatur og trykk), som deretter kan forenkle deres bearbeidbarhet på overflater.

Nylig har studier vist at Shiff-base kjemi kan brukes til å syntetisere en imin-basert COF ved romtemperatur. COF produserte, kalt RT-COF-1, former på grunn av den raske og effektive reaksjon mellom 1,3,5-tris (4-aminofenyl) benzen (TAPB) og 1,3,5-benzentrikarbaldehyd (BTCA) 17 1A ). Effekten av denne syntetiske metoden ble demonstrert ved direkte utskrift av mikron- og submikronmønstre av RT-COF-1 på både stive og fleksible overflater ved bruk av litografi ellerBlekkskriverteknikker. Mer nylig, og bruk av mikrofluidika, har vi vist en effektiv tilnærming til kontinuerlig syntese av fibre av samme imin-baserte COF, heretter kalt MF-COF 6 . I motsetning til andre rapporterte syntetiske tilnærminger for generering av COF 18 , aktiverte denne mikrofluidiske syntetiske metoden den raske syntese av MF-COF-fibre ved omgivelsestemperaturer og trykk i løpet av få sekunder. Videre, og på grunn av den mekaniske stabiliteten til de syntetiserte MF-COF-fibrene, har vi vist hvordan en slik mikrofluidisk metode kan muliggjøre direkte utskrift av 2D- og 3D-strukturer på overflater. Her demonstrerer vi at denne metoden kan brukes til å tegne COF-strukturer på forskjellige overflater som har forskjellige kjemiske og fysiske egenskaper. Vi tror at denne nye metoden åpner nye veier for godt kontrollert mønster og direkte utskrift av COFer i forskjellige retninger og på forskjellige overflater.

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

1. Master Mold Fabrication

  1. Utfør den fotolitografiske fremstillingen av en 4-tommers silisiummesterform som beskrevet i detalj tidligere 19 ; Mesterformen som brukes i denne studien, er blitt produsert ved hjelp av samme protokoll.
    MERK: Mikrofluidiske enheter blir typisk produsert gjennom en multi-trinns prosess. Det første trinnet er utformingen av mikrofluidkanalen ved hjelp av en konvensjonell tegneprogramvare. Deretter produseres høyoppløselige filmfotomasker som inneholder det mikrofluidiske nettverket med en presisjon på omtrent 5 μm. Deretter er mesterformene fabrikkert på en 4-i silikonplattform ved hjelp av standardfotolithografiteknikker. SU-8, en negativ fotoresist, er ansatt for fremstilling av hovedformene i dagens undersøkelser. Høyden på SU-8 strukturer er definert til å være 50 μm i våre enheter. Til slutt fremstilles mikrofluidiske enheter ved direkte støping av en gjennomsiktig polymer, vanligvis polydimetHylsiloxan (PDMS), mot mesterformen.

2. Fremstilling av enkeltlags mikrofluidiske enheter

MERK: Protokollen krever en ovn som fungerer ved 70 ° C. Temperaturen til ovnen skal stabiliseres ved 70 ° C før man starter produksjonsprotokollen. Lavere temperaturer kan føre til dårlig bundet og ikke-funksjonelt utstyr.

  1. Plasser den fabrikkede mesterformen i en desikator, utstyrt med en vakuumpumpe. Deretter helles 100 μl klortrimetylsilan i et glassflaske og plasser dette inne i ekssikatoren.
    MERK: FORSIKTIG! Klortrimetylsilan er et etsende, farlig og giftig stoff. Følgelig skal alle håndteringsstiltak utføres under en godt ventilert hette, og passende vernebriller, hansker og laboratorieoverflate må brukes.
  2. Lukk ekssikatoren og sett under vakuum (i dette eksperimentet, 51 mbar). Vent i minst 1 time for å sikre avsetning av fordampet klortrimetylSilan på overflaten av mester mold. Etter 1 time åpner du forsiktig luftventilen i ekssikatoren for å balansere den til atmosfærisk trykk og åpne den.
    MERK: FORSIKTIG! Så snart tørkemiddelet åpnes, lekker klorotrimetylsilangamp ut; Ikke pust direkte over tørkeren og utfør alltid ovennevnte i en ventilert avtrekksdeksel.
  3. Ta forsiktig ut den silaniserte mesterformen for hånd og lukk desikatoren. Oppbevar mesterformen i en lukket boks (eller inne i en laminarflytende hette) for å unngå avsetning av partikler på overflaten.
    MERK: Alle fremgangstrinn må utføres under en laminarflytende hette som arbeider med en jevn lufthastighet.
  4. Forbered en blanding av PDMS prepolymer og herdemiddel (10: 0,9 i vekt) i en engangsboks og bland kraftig med en plastspatel. Som en veiledning, bruk 20 g elastomer og 1,8 g herdemiddel for å fremstille fire PDMS mikrofluidiske enheter ca. 5 mm tykke.
  5. Plasser koppen som inneholder den godt blandede PDMS i en ekssikator under vakuum for å degas og fjern luftbobler. Når PDMS er avgasset, åpne desikatoren og fjern koppen.
    MERK: I dette eksperimentet tar det ca. 30 minutter ved 51 mbar.
  6. Legg forsiktig fire firkantede rammer ( f.eks . Polytetrafluoretylenrammer med innvendige dimensjoner på 24 mm x 24 mm) på hovedformen slik at hver danner en vegg rundt en enkelt mønstret struktur på hovedformen.
  7. Hell de avgassede PDMSene inn i rammene og på toppen av masterformen til det er fullt. Plasser mesterformen med de fylte firkantrammene i en ovn ved 70 ° C i 2 timer.
  8. Etter 2 timer fjerner du muggformen fra ovnen og la aggregatet avkjøles til romtemperatur.
  9. Skal manuelt av de strukturerte PDMS-platene (eller PDMS-sjetongene) og kvadratrammene ved å forsiktig skille dem fra mesterformen og skyv PDMS-sjetongene ut av torgrammene.
  10. Punch innløp og utløpshull ved hjelp av en 1,5 mm biopsy puncher på deLedige stillinger i designet, f.eks . På slutten av de mikrofluidiske kanalene. Klipp de ekstra stykkene PDMS og fjern eventuell rusk fra overflaten av de strukturerte PDMS-sjetongene ved å bruke tape.
  11. Plasser PDMS-sjetongene (med de åpne kanalene vendt oppover) og glassdekselene, inn i kammeret til en plasmagenerator og lukk kammeret.
  12. Sett plasmageneratoren under vakuum (1,4 mbar her); Slå på plasmageneratoren i 1 min.
  13. Etter 1 min, slå av plasmageneratoren, ventiler kammeret og ta ut de behandlede PDMS-sjetongene og glassdekslene. Fest PDMS-sjetongene (fra siden med strukturerte kanaler) og glassdekselene sammen for å lukke kanalene; På dette punktet er enkeltlags-mikrofluidiske innretninger fremstilt.
  14. Til slutt plasserer de bundet mikrofluidiske innretningene i en ovn ved 70 ° C i minst 4 timer for å forbedre bindingen mellom PDMS og glass, i det vesentlige.

3. ForberedelseIon av Microfluidic Set-up og Precursor Solutions

  1. Forbered en 0,040 M oppløsning av BTCA i eddiksyre.
    MERK: FORSIKTIG! Eddiksyre er en farlig, korroderende og brannfarlig forbindelse, og dampen er ekstremt irriterende for øynene og luftveiene. Følgelig må håndteringstrinnene utføres i en avtrekksdeksel. Brukeren må også ha på seg et beskyttende laboratoriejakke, vernebriller og hansker.
  2. Forbered en 0,040 M løsning av TAPB i eddiksyre.
    MERK: Den mikrofluidiske enheten som brukes i dagens eksperimenter, har fire innløpskanaler ( figur 1B og figur 2 ).
  3. Legg BTCA- og TAPB-oppløsninger i to forskjellige sprøyter (5 ml sprøyter fylt med 3 ml løsning her), sett og fest sprøytene på en sprøytepumpe og koble dem til de to midtinnløpene til den fabrikkede mikrofluidiske brikken (ett reagens per innløp) ved å bruke PTFE-rør (0,8 mm indre diameter).
  4. Legg to andre sprøyter med rentEddiksyre (her 5 ml sprøyter fullt lastet), plasser og fest sprøytene på sprøytepumpen og koble dem til de to sideinnløpene på mikrofluidic-brikken ved hjelp av samme type PTFE-rør.
  5. Koble til en tilstrekkelig lang PTFE-slange (i det nåværende eksperimentet, ~ 15 cm) til utløpet av mikrofluidic-brikken. Bruk en datamaskinstyrt sprøytepumpe for å motivere væskestrømmer som beskrevet i de følgende trinnene.

4. Kontinuerlig syntese av MF-COF-fibre

  1. Ved bruk av sprøytepumpen innføres to kappefløyter av eddiksyre hver med en strømningshastighet på 100 μl / min; Mantelstrømmene er plassert på ytre side av reagensstrømmene ( figur 2 ).
  2. Vent i 1 min og injiser de to reagensene (TAPB og BTCA) via de to midtinnløpene (ett reagens per innløp) hver med en strømningshastighet på 50 μl / min. Vent i 1 min til stabile strømmer er etablert.
  3. Følg dannelsen av gult fibrøst mikrostrukturUres tidligere karakterisert som MF-COF ved Fourier transform infrarød (FT-IR) spektroskopi, elementanalyse og fast tilstand 13 C CP-MAS-NMR 6 ; Under disse forhold er dannelsen av MF-COF ikke kontinuerlig.
  4. Øk strømningshastigheten til TAPB og BTCA til 200 μl / min og opprettholde de to kappestrømmer av eddiksyre ved 100 μl / min. Vent nå i 1 min til strømmen stabiliserer. Følg dannelsen av en høyt konsentrert suspensjon av gule MF-COF-fibre, noe som til slutt fører til blokkering av utløpet.
  5. Ettersom brikk- og utløpsrøret er nå ikke-funksjonelt, bruk en ny brikke og lag den til forsøk i henhold til trinnene 3.3-3.6.
  6. Innfør to kappefløyter av eddiksyre hver med en strømningshastighet på 100 μl / min og vent i 1 min. Sett strømmen av TAPB og BTCA hver til 100 μL / min og observer dannelsen av en kontinuerlig gul MF-COF-fiber.
  7. Plasser utløpet av slangen i en petriskål som inneholder acetIsyre. For eksempel, plasser 10 ml eddiksyre i en rund glass petriskål (60 mm i diameter). Når den syntetiserte fiberen utløper røret som er plassert ved utløpet til den mikrofluidiske enheten, beveger du røret over en overflate for å lette utgangen av den kontinuerlige MF-COF-fiberen.

5. Direkte utskrift av 2D og 3D MF-COF strukturer

MERK: Siden syntetisert fiber kanskje ikke er helt homogen, må avsetningshastigheten justeres for å sikre kontinuerlig utskrift.

  1. Forbered mikrofluidisk oppsett som beskrevet i avsnitt 3 og injiser alle fire løsningene hver med en strømningshastighet på 100 μl / min.
  2. Vent i 1 min til strømmen stabiliseres og den syntetiserte MF-COF-fiberen utløper røret som er plassert ved utløpet til den mikrofluide enheten. Forbered et rent substrat ved siden av utløpet av røret som er plassert ved utløpet til den mikrofluidiske enheten for direkte utskrift av MF-COF-fibre.
    MERK: I våre undersøkelser, 24 mmX 76 mm glassdeksel ble benyttet for alle utskriftseksperimenter.
  3. Hold røret koblet til utløpet til den mikrofluidiske enheten slik at dens ende er noen få millimeter over glassdekselet. Flytt røret langsomt over glassdekselet for å lette utgangen av MF-COF-fiberen og unngå aggregering.
  4. Når strømmen er stabilisert, løft langsomt røret som ligger ved utløpet til den mikrofluidiske enheten ca. 2-3 cm fra glassdekselet for å observere en frittstående og stabil MF-COF-fiber.
  5. For å fortsette å skrive ut, ta utløpet av røret tilbake mot glassdekslet og flytt røret på overflaten manuelt for å tegne ønsket 2D- eller 3D MF-COF-struktur.

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

Den mikrofluidiske enheten som brukes i våre undersøkelser, er fremstilt ved bruk av konvensjonell PDMS kopiformning 20 og inkorporerer fire mikrofluidiske innløpskanaler som fusjonerer inn i en hovedmikrokanal. Den endelige mikrofluidiske enheten består av et strukturert PDMS-lag og et glassdeksel som brukes til å lukke de påtrykte mikrokanaler, som vist i figur 1B .

Figur 1
Figur 1: Molekylære byggeblokker og enkeltlags mikrofluidisk enhet. ( A ) Kjemiske strukturer av TAPB og BTCA. ( B ) Foto av den mikrofluidiske enheten som brukes til syntese av COF-fibre. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dettefigur.

De fire inntaksmikrofluidiske kanalene er 50 μm høye og 50 μm brede og konvergerer til en hovedmikrofluidkanal 50 μm høy og 250 μm bred. De to reagensstrømmene (BTCA og TAPB begge i eddiksyre) injiseres i de to mellominngangskanaler, mens to skjedefløyter av ren eddiksyre blir introdusert i sidekanaler ( Figur 2 , syntesezon). Alle fire strømmer konvergerer i hovedmikrofluidkanalen, hvor reaksjonen foregår under diffusjonskontroll. I dette arbeidet justeres alle fire inngangsstrømmer til en strømningshastighet på 100 μL / min. Denne tilstanden sikrer på den ene siden dannelsen av en kontinuerlig MF-COF-fiber (med produksjonshastigheten på ca. 2 mg / min tørkede MF-COF-fibre) og på den annen side unngår blokkering av både hovedmikrofluidkanalen Så vel som røret som ligger ved utløpet av den mikrofluidiske anordning. Slik optimalisert strømning cUtløsninger tillater produksjon av en kontinuerlig gul MF-COF-fiber med egnede mekaniske egenskaper for direkte utskrift på overflater ( figur 2 , utskriftssone).

Figur 2
Figur 2: Skjematisk illustrasjon av mikrofluidisk oppsett brukt til syntese av MF-COF fibre. Syntese- og trykksonene er angitt. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Vår tidligere studie 6 gir detaljerte kjemiske karakteriseringsstudier samt termisk stabilitetsanalyse av syntetiserte MF-COF-fibre. Figur 3 viser den svekkede totalreflektansen FT-IR (ATR-FT-IR) data an D pulver røntgen diffraksjon (PXRD) mønstre av monomerer TAPB og BTCA samt MF-COF fibre. ATR-FT-IR-målingene angir at NH-strekkbåndene (3,300-3,500 cm -1 ) i MF-COF-fibrene er forsvunnet og utseendet på et nytt bånd som ligger på 1,689 cm -1 , hvilket tilsvarer iminbindingsdannelsen. Videre sammenligner PXRD-dataene fra MF-COF-fibre godt med det simulerte mønsteret. Interessant viste den morfologiske karakteriseringen av MF-COF at MF-COF er forskjellig fra RT-COF-1 (syntetisert under bulkbetingelser) ved at MF-COF består av sammenkoblede mikro- og nanofibre som danner 3D svamplignende porøse organisasjoner, mens RT-COF-1 former filmene som ikke inneholder noen definerte mikrostrukturer 17 . Denne morfologiske forskjellen forklarer også en bemerkelsesverdig økning i N 2- adsorpsjon i MF-COF, som demonstrert av totale spesifikke overflatearealer bestemt av Brunauer-Emmet-Teller (BET) analyser 6 .

_content "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Figur 3
Figur 3: Kjemisk og strukturell analyse av reagenser og MF-COF fibre. ( A ) ATR-FT-IR spektra av monomerer TAPB og BTCA samt MF-COF fibre. ( B ) PXRD mønstre av MF-COF fibre (med et simulert mønster) og av TAPB og BTCA. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Disse resultatene viser at COFer syntetisert ved bruk av mikrofluidiske reaksjoner er unike og at MF-COF egenskaper og ytelse ikke kan oppnås ved hjelp av alternative syntetiske tilnærminger. De mekaniske egenskapene, utledet fra mikroskopisk organisering av MF-COF, tillater konformet utskrift av MF-COF-fibre på overflater. Figur 4

Figur 4
Figur 4: 2D og 3D MF-COF strukturer på glassflater. Fotografier av ( A ) skriveeksperimenter (med ordene "ETH" og "3D COF"), samt trykseksperimenter av ( B ) todimensjonale og ( C ) tredimensjonale MF-COF strukturer på glass. Skalestenger = 1 cm. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Videre tillater de mekaniske egenskapene til de syntetiserte MF-COF-fibrene, sammen med enkelheten og fleksibiliteten til utskriftsmetoden, at konsollenTrolled deponering av MF-COF på forskjellige fleksible og stive underlag. Som illustrert i figur 5 kan MF-COF trykkes på forskjellige overflater som glass, vevspapir, papp, aluminiumsfolie og polystyren.

Figur 5
Figur 5: Utskrift av MF-COF-fibre på forskjellige underlag. Fotografier av MF-COF trykt på ( A ) glass, ( B ) vevspapir, ( C ) papp, ( D ) aluminiumsfolie og ( E ) polystyrenflater. Alle skalaer er 1 cm. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

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

Den mikrofluidbaserte syntetiske metoden som er beskrevet her, gir en ny og enkel tilnærming til direkte utskrift av COF-materialer på overflater. Syntese utføres ved bruk av en enkeltlags mikrofluidisk innretning, bestående av en mikrofluidisk PDMS-chip bundet til et glassdeksel. Fremstillingen av den mikrofluidiske anordningen kan oppnås gjennom konvensjonell støping av PDMS mot en silisiummesterform og etterfølgende binding av PDMS med de påtrykte mikrokanaler mot et glassdeksel.

For en vellykket montering av den mikrofluidiske enheten er det viktig å fremstille mesterformen i et renromsmiljø for å unngå forurensning og defekter under fotolitografi. Som en følge av uegnede forhold vil defekte mesterformer føre til ikke-funksjonelle mikrofluidiske enheter. I tillegg er forholdet mellom PDMS prepolymer og herdemiddel, som styrer stivheten til PDMS, blitt optimalisert for å fremstille robust PDMS deviCes som fortsatt har tilstrekkelig elastisitet. Elasticiteten til PDMS-brikken er viktig for å lette den stabile innsetting av PTFE-rør i innløps- og utløpshullene til den mikrofluidiske anordning.

De laminære strømningsbetingelsene som er tilstede i mikrofluidiske anordninger tillater en fin kontroll over de kjemiske reaksjoner som finner sted ved grensesnittet mellom samstrømningsreagensstrømmer. Den avanserte blanding av regenter tilrettelagt i mikrofluidiske enheter bidrar aktivt til dannelsen og isoleringen av mikro- og nanostrukturer som ikke er tilgjengelige gjennom andre syntetiske metoder 6 , 21 , 22 , 23 . I den foreliggende studien viser vi også at mikrofluidsyntese kan føre til dannelsen av 3D-svamp-lignende COF-materialer med sammenkoblede fibrøse mikrostrukturer, forskjellig fra de som oppnås ved konvensjonelle bulk-syntetiske metoder.

6 . Imidlertid letter mikrofluidsyntesen dannelsen av en makroskopisk og porøs MF-COF-fiber som kontinuerlig kan skrives ut på forskjellige overflater. Denne nye metoden for syntese og direkte utskrift skaper nye muligheter i COF-forskning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Forfatterne anerkjenner Swiss National Science Foundation (SNF) for økonomisk støtte gjennom prosjektnr. 200021_160174.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
High resolution film masks Microlitho, UK - Features down to 5um
Silicon wafers Silicon Materials Inc., Germany 4" Silicon Wafers Front surface: polished, back surface: etched
Silicone Elastomer KIT (PDMS) Dow Corning, USA Sylgard 184 -
Chlorotrimethylsilane Sigma-Aldrich, Switzerland 386529 ≥97%, CAUTION: Handle it only under fume hood.
Biopsy puncher Miltex GmBH, Germany 33-31A-P/25 1.5 mm
Glass coverslip Menzel-Glaser, Germany BB024040SC 24 mm × 40 mm, #5
Plasma generator instrument Diener Zepto B Frequency: 40 kHz and plasma generator power: 0-30 W
PTFE tubing PKM SA, Switzerland AWG-TFS-XXX AWG 20TFS, roll of 100 m
neMESYS Syringe Pumps Cetoni GmbH, Germany Low Pressure (290N) -
Disposable Cup Semadeni, Switzerland 8323 PS, 200 ml
Plastic Spatula Semadeni, Switzerland 3340 L × W : 135 mm x 14 mm
Disposable Scalpels B. Braun, Switzerland 233-5320 Nr. 20
Disposable Syringes VWR, Switzerland 613-3951 5 ml, Discardit II
Acetic Acid Sigma-Aldrich, Switzerland 695092-500 >=99.7%, CAUTION: Handle it only under fume hood.
1,3,5-benzenetricarbaldehyde Aldrich-Fine Chemicals 753491 97%
1,3,5-Tris(4-aminophenyl)benzene Tokyo Chemical Industry T2728-5G >93.0%

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Cote, A. P., et al. Porous, crystalline, covalent organic frameworks. Science. 310, 1166-1170 (2005).
  2. Ding, S. Y., Wang, W. Covalent organic frameworks (COFs): from design to applications. Chem Soc Rev. 42, 548-568 (2013).
  3. Huang, N., Wang, P., Jiang, D. L. Covalent organic frameworks: a materials platform for structural and functional designs. Nat Rev Mater. 1, 16068 (2016).
  4. Xu, H., Gao, J., Stable Jiang, D. L. crystalline, porous, covalent organic frameworks as a platform for chiral organocatalysts. Nat Chem. 7, 905-912 (2015).
  5. Wan, S., Guo, J., Kim, J., Ihee, H., Jiang, D. L. A Belt-Shaped, Blue Luminescent, and Semiconducting Covalent Organic Framework. Angew Chem Int Edit. 47, 8826-8830 (2008).
  6. Rodriguez-San-Miguel, D., et al. Crystalline fibres of a covalent organic framework through bottom-up microfluidic synthesis. Chem Commun. 52, 9212-9215 (2016).
  7. Bisbey, R. P., DeBlase, C. R., Smith, B. J., Dichtel, W. R. Two-dimensional Covalent Organic Framework Thin Films Grown in Flow. J Am Chem Soc. 138, 11433-11436 (2016).
  8. Spitler, E. L., Dichtel, W. R. Lewis acid-catalysed formation of two-dimensional phthalocyanine covalent organic frameworks. Nat Chem. 2, 672-677 (2010).
  9. Keskin, S. Adsorption, Diffusion, and Separation of CH4/H-2 Mixtures in Covalent Organic Frameworks: Molecular Simulations and Theoretical Predictions. J Phys Chem C. 116, 1772-1779 (2012).
  10. Tilford, R. W., Mugavero, S. J., Pellechia, P. J., Lavigne, J. J. Tailoring microporosity in covalent organic frameworks. Adv Mater. 20, 2741-2746 (2008).
  11. Hasegawa, S., et al. Three-dimensional porous coordination polymer functionalized with amide groups based on tridentate ligand: Selective sorption and catalysis. J Am Chem Soc. 129, 2607-2614 (2007).
  12. Das, G., et al. Chemical sensing in two dimensional porous covalent organic nanosheets. Chem Sci. 6, 3931-3939 (2015).
  13. Guo, J., et al. Conjugated organic framework with three-dimensionally ordered stable structure and delocalized pi clouds. Nat Commun. 4, 2736 (2013).
  14. Furukawa, H., Yaghi, O. M. Storage of Hydrogen, Methane, and Carbon Dioxide in Highly Porous Covalent Organic Frameworks for Clean Energy Applications. J Am Chem Soc. 131, 8875-8883 (2009).
  15. Xu, F., et al. Electrochemically active, crystalline, mesoporous covalent organic frameworks on carbon nanotubes for synergistic lithium-ion battery energy storage. Sci Rep-Uk. 5, 8225 (2015).
  16. El-Kaderi, H. M., et al. Designed synthesis of 3D covalent organic frameworks. Science. 316, 268-272 (2007).
  17. Ruigomez, A. D., et al. Direct On-Surface Patterning of a Crystalline Laminar Covalent Organic Framework Synthesized at Room Temperature. Chem Eur J. 21, 10666-10670 (2015).
  18. Segura, J. L., Mancheno, M. J., Zamora, F. Covalent organic frameworks based on Schiff-base chemistry: synthesis, properties and potential applications. Chem Soc Rev. 45, 5635-5671 (2016).
  19. Abrishamkar, A., et al. Microfluidic Pneumatic Cages: A Novel Approach for In-chip Crystal Trapping, Manipulation and Controlled Chemical Treatment. J Vis Exp. (113), e54193 (2016).
  20. Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J. A., Whitesides, G. M. Rapid prototyping of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane). Anal Chem. 70, 4974-4984 (1998).
  21. Rubio-Martinez, M., et al. Freezing the Nonclassical Crystal Growth of a Coordination Polymer Using Controlled Dynamic Gradients. Adv Mater. 28, 8150-8155 (2016).
  22. Liu, H., et al. A Catalytic Chiral Gel Microfluidic Reactor Assembled via Dynamic Covalent Chemistry. Chem Sci. 6, 2292-2296 (2015).
  23. Puigmarti-Luis, J., et al. Stepwise Template Growth of Functional Nanowires from an Amino Acid-Supported Framework in a Microfluidic Chip. ACS Nano. 8, (1), 818-826 (2014).
Mikrofluidbasert syntese av kovalente organiske rammer (COF): Et verktøy for kontinuerlig produksjon av COF-fibre og direkte utskrift på overflaten
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Abrishamkar, A., Rodríguez-San-Miguel, D., Rodríguez Navarro, J. A., Rodriguez-Trujillo, R., Amabilino, D. B., Mas-Ballesté, R., Zamora, F., deMello, A. J., Puigmarti-Luis, J. Microfluidic-based Synthesis of Covalent Organic Frameworks (COFs): A Tool for Continuous Production of COF Fibers and Direct Printing on a Surface. J. Vis. Exp. (125), e56020, doi:10.3791/56020 (2017).More

Abrishamkar, A., Rodríguez-San-Miguel, D., Rodríguez Navarro, J. A., Rodriguez-Trujillo, R., Amabilino, D. B., Mas-Ballesté, R., Zamora, F., deMello, A. J., Puigmarti-Luis, J. Microfluidic-based Synthesis of Covalent Organic Frameworks (COFs): A Tool for Continuous Production of COF Fibers and Direct Printing on a Surface. J. Vis. Exp. (125), e56020, doi:10.3791/56020 (2017).

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