Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Chemistry

Mikrofluidbaseret syntese af kovalente organiske rammer (COF'er): Et værktøj til kontinuerlig produktion af COF-fibre og direkte tryk på en overflade

doi: 10.3791/56020 Published: July 10, 2017

Summary

Vi præsenterer en ny mikrofluidisk metode til syntese af kovalente organiske rammer (COF'er). Vi demonstrerer, hvordan denne tilgang kan bruges til at fremstille kontinuerlige COF-fibre, og også 2D- eller 3D-COF-strukturer på overflader.

Abstract

Kovalente organiske rammer (COF'er) er en klasse af porøse kovalente materialer, som ofte syntetiseres som ubearbejdelige krystallinske pulvere. Den første COF blev rapporteret i 2005 med stor indsats centreret om etablering af nye syntetiske ruter til forberedelsen. Til dato er de fleste tilgængelige syntetiske metoder til COF-syntese baseret på bulkblanding under solvotermiske betingelser. Derfor er der stigende interesse i at udvikle systematiske protokoller til COF-syntese, der sikrer fin kontrol over reaktionsbetingelserne og forbedrer COF-bearbejdningsegenskaberne på overflader, hvilket er afgørende for deres anvendelse i praktiske anvendelser. Her præsenterer vi en ny mikrofluidbaseret metode til COF-syntese, hvor reaktionen mellem to bestanddeler, 1,3,5-benzentricarbaldehyd (BTCA) og 1,3,5-tris (4-aminophenyl) benzen (TAPB) Foregår under kontrollerede diffusionsbetingelser og ved stuetemperatur. Brug af en sådan fremgangsmåde giver svamp-lignende, krydsTalline fibre af et COF materiale, herefter kaldet MF-COF. MF-COF's mekaniske egenskaber og den dynamiske karakter af tilgangen muliggør kontinuerlig produktion af MF-COF-fibre og deres direkte udskrivning på overflader. Den generelle metode åbner nye potentielle applikationer, der kræver avanceret udskrivning af 2D eller 3D COF strukturer på fleksible eller stive overflader.

Introduction

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

Kovalente organiske rammer (COF'er) er en veletableret klasse af porøst og krystallinsk materiale, hvori de organiske byggesten blokeres fast af kovalente bindinger 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . COF'er samles typisk efter supramolekylære kemiprincipper, hvor de molekylære byggeblokke er selektivt omsat for at definere en endelig og forudbestemt porøs enhed. En sådan fremgangsmåde tillader syntese af materialer med kontrolleret og bestilt struktur ( fx med definerede poremått) og sammensætning 3 , 6 , 7 , 8 . Sammenlignet med andre porøse materialer er COF'er unikke, da de består af lette elementer (C, H, B, N og O) og har indstillelige poro Sitet 1 , 5 . Inspireret af disse unikke og egentlige egenskaber er COF'er blevet vurderet for potentiel anvendelse i kemiske separationer 9 , gaslager 10 og katalyse 11 , sensorer 12 , optoelektronik 13 , rene energiteknologier 14 og elektrokemiske energiindretninger 15 .

Hidtil er langt størstedelen af ​​metoderne til fremstilling af COF-materialer baseret på solvotermiske selvkondensation og kondensationsreaktioner, hvor høje temperaturer og tryk er standarden. Selv om COF'er er termisk robuste, lider de normalt af begrænset bearbejdelighed, dvs. COF er normalt uopløselige og ubehandlede krystallinske pulvere, og dette begrænser deres brug betydeligt i en række potentielle og praktiske anvendelserSs = "xref"> 2 , 6 , 8 , 16 , 17 . På trods af de bemærkelsesværdige fremskridt, der er gjort i COF-syntese, er en stor udfordring på området at udvikle en metode, der gør det muligt at fremstille COF'er i passende reaktionsbetingelser ( f.eks . Temperatur og tryk), som derefter kan lette deres behandlingsmuligheder på overflader.

Undersøgelser har for nylig vist, at Shiff-base kemi kan bruges til at syntetisere en imin-baseret COF ved stuetemperatur. COF'en fremstillede, navngivet RT-COF-1, former på grund af den hurtige og effektive reaktion mellem 1,3,5-tris (4-aminophenyl) benzen (TAPB) og 1,3,5-benzentricarbaldehyd (BTCA) 17 1A ). Effekten af ​​denne syntetiske metode blev påvist ved direkte tryk på mikron- og submikronmønstre af RT-COF-1 på både stive og fleksible overflader ved anvendelse af litografi ellerInkjet print teknikker. For nylig har vi demonstreret en effektiv tilgang til kontinuerlig syntese af fibre af den samme imin-baserede COF, herefter kaldet MF-COF 6 , og anvendt mikrofluidika. I modsætning til andre rapporterede syntetiske fremgangsmåder til dannelsen af ​​COF'er 18 muliggjorde denne mikrofluidiske syntetiske fremgangsmåde den hurtige syntese af MF-COF-fibre ved omgivelsestemperaturer og tryk inden for få sekunder. Desuden har vi på grund af den mekaniske stabilitet af de syntetiserede MF-COF-fibre vist, hvordan en sådan mikrofluidisk metode kan muliggøre direkte udskrivning af 2D- og 3D-strukturer på overflader. Her demonstrerer vi, at denne metode kan bruges til at tegne COF-strukturer på forskellige overflader med forskellige kemiske og fysiske egenskaber. Vi mener, at denne nye metode åbner nye veje til det velkontrollerede mønster og direkte udskrivning af COF'er i forskellige retninger og på forskellige overflader.

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. Udfør den fotolithografiske fremstilling af en 4 tommer siliciummaster mund som beskrevet detaljeret tidligere 19 ; Den mesterform, der anvendes i dette studie, er blevet fremstillet ved anvendelse af samme protokol.
    BEMÆRK: Mikrofluidiske indretninger fremstilles typisk gennem en multi-trin proces. Det første skridt er designet af den mikrofluidiske kanal ved hjælp af en konventionel tegnsoftware. Derefter produceres højopløselige filmfotomasker indeholdende det mikrofluidiske netværk med en egenskabs præcision på ca. 5 μm. Derefter fremstilles mastestøber på en 4-i siliciumskive ved hjælp af standardfotolithografiteknikker. SU-8, en negativ fotoresist, anvendes til fremstilling af masterformene i de aktuelle undersøgelser. Højden på SU-8 strukturer er defineret til at være 50 μm i vores enheder. Endelig fremstilles mikrofluidiske indretninger ved direkte støbning af en transparent polymer, normalt polydimetHylsiloxan (PDMS) mod master formlen.

2. Fremstilling af enkeltlags mikrofluidiske enheder

BEMÆRK: Protokollen kræver en ovn, der arbejder ved 70 ° C. Ovnens temperatur skal stabiliseres ved 70 ° C, inden fremstillingsprotokollen påbegyndes. Lavere temperaturer kan føre til dårligt bundet og ikke-funktionelle enheder.

  1. Anbring den fremstillede mastestøbning i en desiccator udstyret med en vakuumpumpe. Dernæst hæld 100 μl chlorotrimethylsilan i et hætteglas og læg det inde i tørremidlet.
    BEMÆRK: FORSIGTIG! Chlortrimethylsilan er et ætsende, farligt og giftigt stof. Derfor skal alle håndteringsforanstaltninger udføres under en godt ventileret dampdæksel, og passende beskyttelsesbriller, handsker og lab coat skal bæres.
  2. Luk desiccatoren og sæt under vakuum (i dette forsøg, 51 mbar). Vent i mindst 1 time for at sikre aflejring af fordampet chlorotrimethylSilan på overfladen af ​​master form. Efter 1 time åbnes forsigtigt luftventilen i tørremidlet for at udligne det til atmosfærisk tryk og åbne det.
    BEMÆRK: FORSIGTIG! Så snart tørkemidlet åbnes, lækker chlortrimethylsilangamp ud; Undgå at trække vejret direkte over ekssikatoren og udfør altid ovennævnte i en ventileret dampkåbe.
  3. Tag forsigtigt den silaniserede mastervamp ud med hånden og luk desikatoren. Opbevar masterformen i en lukket kasse (eller inden i en laminær flowhætte) for at undgå afsætning af partikler på overfladen.
    BEMÆRK: Alle procedurer skal udføres under en laminær strømningshætte, der arbejder med en ensartet lufthastighed.
  4. Forbered en blanding af PDMS-præpolymer og hærdemiddel (10: 0,9 vægt) i en engangsbeholder og bland kraftigt med en plastikspatel. Som vejledning skal du bruge 20 g elastomer og 1,8 g hærdemiddel til at fremstille fire PDMS mikrofluidiske indretninger ca. 5 mm tykke.
  5. Placer koppen, der indeholder den velblandede PDMS i en ekssikator under vakuum til afgasning og fjernelse af luftbobler. Når PDMS er afgasset, skal du åbne tørremidlet og fjerne koppen.
    BEMÆRK: I dette forsøg tager det ca. 30 min ved 51 mbar.
  6. Placer forsigtigt fire firkantede rammer ( f.eks . Polytetrafluorethylen (PTFE) rammer med indre dimensioner på 24 mm x 24 mm) på masterformen, således at hver danner en væg omkring en enkelt mønstret struktur på masterformen.
  7. Hæld den afgassede PDMS ind i rammerne og på toppen af ​​master mold indtil fuld. Placer masterformen med de fyldte firkantede rammer i en ovn ved 70 ° C i 2 timer.
  8. Efter 2 timer skal du fjerne masterformen fra ovnen og lade aggregatet afkøle til stuetemperatur.
  9. Skræl manuelt de strukturerede PDMS-plader (eller PDMS-chips) og de firkantede rammer ved omhyggeligt at adskille dem fra masterformen og skub PDMS-chipsene ud af firkantrammerne.
  10. Punch indløb og udløb huller ved hjælp af en 1,5 mm biopsy puncher på deLedige stillinger i designet, fx ved enden af ​​de mikrofluidiske kanaler. Skær de ekstra stykker PDMS og fjern eventuelt snavs fra overfladen af ​​de strukturerede PDMS-chips ved hjælp af tape.
  11. Placér PDMS-chipsene (med de åbne kanaler opad) samt glasdækslerne ind i kammeret i en plasmagenerator og luk kammeret.
  12. Sæt plasmageneratoren under vakuum (1,4 mbar her); Skift plasmageneratoren i 1 min.
  13. Efter 1 min skal du slukke for plasmageneratoren, ventilere kammeret og tage de behandlede PDMS-chips og glasdæksler ud. Forbind PDMS-chipsene (fra siden med strukturerede kanaler) og glasdæksler sammen for at lukke kanalerne. På dette tidspunkt fremstilles enkeltlags-mikrofluidiske indretninger.
  14. Til sidst placeres de bundne mikrofluidiske indretninger i en ovn ved 70 ° C i mindst 4 timer for at forbedre bindingen mellem PDMS og glas i det væsentlige.

3. ForberedelseIon af Microfluidic Set-up og Precursor Solutions

  1. Forbered en 0,040 M opløsning af BTCA i eddikesyre.
    BEMÆRK: FORSIGTIG! Eddikesyre er en farlig, ætsende og brandfarlig forbindelse, og dens damp er yderst irriterende for øjnene og åndedrætssystemet. Derfor skal håndteringstrin udføres i en dampplade. Desuden skal brugeren have et beskyttende lab coat, beskyttelsesbriller og handsker.
  2. Forbered en 0,040 M opløsning af TAPB i eddikesyre.
    BEMÆRK: Den mikrofluidiske enhed, der anvendes i de nuværende eksperimenter, har fire indgangskanaler ( figur 1B og figur 2 ).
  3. Læg BTCA og TAPB-opløsninger i to forskellige sprøjter (5 ml sprøjter, der er fyldt med 3 ml opløsning her), og sæt sprøjterne på en sprøjtepumpe og tilslut dem til de to midterindgange af den fremstillede mikrofluidiske chip (et reagens pr. Indløb) ved brug af PTFE rør (0,8 mm indvendig diameter).
  4. Indsæt to andre sprøjter med renEddikesyre (her er 5 ml sprøjter fuldt lastet), og sæt sprøjterne på sprøjtepumpen og tilslut dem til mikrofluidicchipens to sideindgange ved hjælp af samme type PTFE-rør.
  5. Tilslut en tilstrækkelig lang PTFE slange (i det nuværende eksperiment, ~ 15 cm) til udgangen af ​​den mikrofluidiske chip. Brug en computerstyret sprøjtepumpe til at motivere væskestrømme som beskrevet i de følgende trin.

4. Kontinuerlig syntese af MF-COF-fibre

  1. Ved anvendelse af sprøjtepumpen indføres to kappeflader af eddikesyre hver med en strømningshastighed på 100 μl / min; Mantelstrømmene er placeret på ydersiden af ​​reagensstrømmene ( figur 2 ).
  2. Vent i 1 minut og indsprøjt de to reagenser (TAPB og BTCA) via de to midterindløb (et reagens pr. Indløb) hver med en strømningshastighed på 50 μl / min. Vent i 1 minut, indtil der er etableret stabile strømme.
  3. Overhold dannelsen af ​​gul fibrøs mikrostrukturUres tidligere karakteriseret som MF-COF ved Fourier transform infrarød (FT-IR) spektroskopi, elementanalyse og fast tilstand 13 C CP-MAS-NMR 6 ; Under disse betingelser er dannelsen af ​​MF-COF ikke kontinuert.
  4. Forøg strømningshastigheden af ​​TAPB og BTCA til 200 μl / min og oprethold de to kappeflader af eddikesyre ved 100 μl / min. Vent nu i 1 minut, indtil strømmen stabiliseres. Overhold dannelsen af ​​en stærkt koncentreret suspension af gule MF-COF fibre, hvilket i sidste ende fører til blokering af udløbet.
  5. Da chip- og udløbsslangen nu er ufunktionel, skal du bruge en ny chip og forberede den til forsøg i henhold til trin 3.3-3.6.
  6. Indfør to kappeflader af eddikesyre hver med en strømningshastighed på 100 μl / min og vent i 1 min. Sæt strømmen af ​​TAPB og BTCA hver til 100 μL / min og observer dannelsen af ​​en kontinuerlig gul MF-COF fiber.
  7. Placer udløbet af slangen i en petriskål, der indeholder acetIsyre. For eksempel anbring 10 ml eddikesyre i en rund glas petriskål (60 mm i diameter). Når først den syntetiserede fiber forlader røret, der er placeret ved udgangen af ​​den mikrofluide anordning, bevæges røret over en overflade for at lette udgangen af ​​den kontinuerlige MF-COF fiber.

5. Direkte udskrivning af 2D og 3D MF-COF strukturer

BEMÆRK: Da den syntetiserede fiber måske ikke er helt homogen, skal afsætningshastigheden justeres for at sikre kontinuerlig udskrivning.

  1. Forbered den mikrofluidiske opstilling som beskrevet i afsnit 3 og injicér alle fire opløsninger hver med en strømningshastighed på 100 μl / min.
  2. Vent i 1 minut, indtil strømmen stabiliseres, og den syntetiserede MF-COF fiber forlader røret placeret ved udgangen af ​​den mikrofluide anordning. Forbered et rent underlag ud for udgangen af ​​røret placeret ved udgangen af ​​den mikrofluidiske indretning til direkte udskrivning af MF-COF-fibre.
    BEMÆRK: I vores undersøgelser, 24 mmX 76 mm glasdæksler blev anvendt til alle trykforsøg.
  3. Hold røret forbundet til udgangen af ​​den mikrofluidiske enhed, så dens ende er et par millimeter over glasdækslet. Flyt langsomt røret over glasdækslet for at lette udgangen af ​​MF-COF-fiberen og undgå aggregation.
  4. Når strømmen er stabiliseret, løftes røret langsomt ved udgangen af ​​den mikrofluidiske anordning ca. 2-3 cm væk fra glasdækslet for at observere en fritstående og stabil MF-COF-fiber.
  5. For at fortsætte udskrivningen skal du bringe rørets udløb tilbage mod glasdækslet og manuelt flytte røret på overfladen for at trække den ønskede 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 anordning, der anvendes i vores undersøgelser, fremstilles ved anvendelse af konventionel PDMS-replikstøbning 20 og inkorporerer fire mikrofluidiske indløbskanaler, der fusionerer ind i en hovedmikrokanal. Den endelige mikrofluidiske indretning består af et struktureret PDMS-lag og en glasdækselip, der anvendes til at lukke de aftrykte mikrokanaler, som vist i figur 1B .

figur 1
Figur 1: Molekylære byggesten og enkeltlags mikrofluidisk indretning. ( A ) Kemiske strukturer af TAPB og BTCA. ( B ) Foto af den mikrofluidiske anordning anvendt til syntese af COF fibre. Klik her for at se en større version af dennefigur.

De fire indløbs mikrofluidiske kanaler er 50 μm høje og 50 μm brede og konvergerer til en hovedmikrofluidisk kanal 50 μm høj og 250 μm bred. De to reagensstrømme (BTCA og TAPB begge i eddikesyre) injiceres i de to mellemliggende indgangskanaler, mens to kappeflader af ren eddikesyre indføres i sidekanalerne ( figur 2 , syntesezone). Alle fire strømme konvergerer i den primære mikrofluidiske kanal, hvor reaktionen finder sted under diffusionskontrol. I dette arbejde justeres alle fire indgangsstrømme til en strømningshastighed på 100 μL / min. Denne betingelse sikrer på den ene side dannelsen af ​​en kontinuerlig MF-COF-fiber (med produktionshastigheden på ca. 2 mg / min tørrede MF-COF fibre) og på den anden side undgår blokering af både den primære mikrofluidiske kanal Såvel som røret placeret ved udgangen af ​​den mikrofluide anordning. Sådan optimeret flow cUdditioner tillader produktion af en kontinuerlig gul MF-COF fiber med egnede mekaniske egenskaber til direkte udskrivning på overflader ( Figur 2 , Udskrivningszone).

Figur 2
Figur 2: Skematisk illustration af den mikrofluidiske opsætning anvendt til syntese af MF-COF fibre. Syntes- og trykzoner er angivet. Klik her for at se en større version af denne figur.

Vores tidligere undersøgelse 6 indeholder detaljerede kemiske karakteriseringsundersøgelser samt termisk stabilitetsanalyse af de syntetiserede MF-COF fibre. Figur 3 viser den dæmpede totalreflektans FT-IR (ATR-FT-IR) data an D pulver røntgen diffraktion (PXRD) mønstre af monomerer TAPB og BTCA samt MF-COF fibre. ATR-FT-IR-målingerne angiver forsvinden af ​​NH-strækbånd (3,300-3,500 cm -1 ) i MF-COF-fibre og udseendet af et nyt bånd placeret ved 1,689 cm -1 , hvilket svarer til dannelsen af ​​iminbindingen. Endvidere sammenligner PXRD-dataene fra MF-COF-fibre godt med det simulerede mønster. Interessant nok viste den morfologiske karakterisering af MF-COF, at MF-COF afviger fra RT-COF-1 (syntetiseret under bulkbetingelser), idet MF-COF består af sammenkoblede mikro- og nanofibre, der danner 3D svamplignende porøse organisationer, mens RT-COF-1 former film, der ikke indeholder nogen definerede mikrostrukturer 17 . Denne morfologiske forskel forklarer også en bemærkelsesværdig stigning i N 2 adsorption i MF-COF, som demonstreret af totale specifikke overfladearealer bestemt ved Brunauer-Emmet-Teller (BET) analyser 6 .

_content "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Figur 3
Figur 3: Kemisk og strukturel analyse af reagenser og MF-COF fibre. ( A ) ATR-FT-IR spektra af monomerer TAPB og BTCA såvel som MF-COF fibre. ( B ) PXRD mønstre af MF-COF fibre (med et simuleret mønster) og af TAPB og BTCA. Klik her for at se en større version af denne figur.

Disse resultater viser, at COF'er syntetiseret ved anvendelse af mikrofluidiske reaktioner er unikke, og at MF-COF karakteristika og ydeevne ikke kan opnås ved anvendelse af alternative syntetiske fremgangsmåder. De mekaniske egenskaber, der stammer fra mikroskopisk organisering af MF-COF, tillader konformet udskrivning af MF-COF-fibre på overflader. Figur 4

Figur 4
Figur 4: 2D og 3D MF-COF strukturer på glasoverflader. Fotografier af ( A ) skriftlige eksperimenter (med ordene "ETH" og "3D COF") samt udskrivningseksperimenter af ( B ) todimensionale og ( C ) tredimensionale MF-COF strukturer på glas. Skalestænger = 1 cm. Klik her for at se en større version af denne figur.

Endvidere tillader de mekaniske egenskaber af de syntetiserede MF-COF fibre sammen med enkelheden og fleksibiliteten af ​​trykmetoden at tillade conTrolled deponering af MF-COF på forskellige fleksible og stive underlag. Som illustreret i figur 5 kan MF-COF udskrives på forskellige overflader, såsom glas, vævspapir, pap, aluminiumsfolie og polystyren.

Figur 5
Figur 5: Udskrivning af MF-COF fibre på forskellige underlag. Fotografier af MF-COF trykt på ( A ) glas, ( B ) tissuepapir, ( C ) pap, ( D ) aluminiumsfolie og ( E ) polystyrenoverflader. Alle skalaer er 1 cm. Klik her for at se en større version af denne figur.

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 heri beskrevne mikrofluidbaserede syntetiske metode tilvejebringer en ny og enkel tilgang til direkte udskrivning af COF-materialer på overflader. Syntese udføres under anvendelse af en enkeltlags mikrofluidisk indretning, der består af en mikrofluidisk PDMS-chip bundet til en glasdæksel. Fremstillingen af ​​den mikrofluidiske indretning kan opnås ved konventionel støbning af PDMS imod en siliciummasterskimmel og efterfølgende binding af PDMS'en med de imprintede mikrokanaler mod et glasdæksel.

Til den vellykkede samling af den mikrofluidiske anordning er det vigtigt at fremstille masterformen i et cleanroom-miljø for at undgå forurening og defekter under fotolitografi. Som følge af uhensigtsmæssige betingelser vil defekte mastestøber føre til ikke-funktionelle mikrofluidiske indretninger. Endvidere er forholdet mellem PDMS-præpolymer og hærdemiddel, som styrer PDMS stivhed, optimeret til at fremstille robust PDMS deviCes, der stadig har tilstrækkelig elasticitet. Elasticiteten af ​​PDMS-chippen er vigtig for at lette den stabile indsættelse af PTFE-rør i indløbs- og udløbshullerne i den mikrofluide anordning.

De laminære strømningsbetingelser, som er til stede i mikrofluidiske indretninger, muliggør en fin kontrol over de kemiske reaktioner, der finder sted ved grænsefladen mellem samstrømningsreagensstrømme. Den avancerede blanding af regenter tilrettelagt inden for mikrofluidiske indretninger bidrager aktivt til dannelsen og isoleringen af ​​mikro- og nanostrukturer, der ikke er tilgængelige via andre syntetiske metoder 6 , 21 , 22 , 23 . I den foreliggende undersøgelse viser vi også, at mikrofluidsyntese kan føre til dannelsen af ​​3D-svamplignende COF-materialer med sammenkoblede fibrøse mikrostrukturer, der er forskellige fra dem opnået ved konventionelle massesyntetiske metoder.

6 . Den mikrofluidiske syntese letter imidlertid dannelsen af ​​en makroskopisk og porøs MF-COF-fiber, som kontinuerligt kan udskrives på forskellige overflader. Denne nye metode til syntese og direkte tryk skaber nye muligheder inden for COF-forskning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Forfatterne anerkender det schweiziske National Science Foundation (SNF) for økonomisk støtte gennem projekt nr. 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).
Mikrofluidbaseret syntese af kovalente organiske rammer (COF'er): Et værktøj til kontinuerlig produktion af COF-fibre og direkte tryk på en overflade
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