Amfifilik bir hekzanin sentezini ve bunun, bu reaktif, karbon bakımından zengin moleküler öncülerin kendi kendine bir araya getirilmiş tek tabakasından hava-su arayüzünde karbon nano tabakaların hazırlanmasında kullanımını sunuyoruz.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Amfifilik bir hekzanin sentezini ve bunun, bu reaktif, karbon bakımından zengin moleküler öncülerin kendi kendine bir araya getirilmiş tek tabakasından hava-su arayüzünde karbon nano tabakaların hazırlanmasında kullanımını sunuyoruz.
Konjuge karbon-karbon üçlü bağlarından oluşan reaktif, karbon bakımından zengin bir "oligoyne" segmenti ile donatılmış amfifilik moleküller, sulu ortamda ve hava-su arayüzünde tanımlanmış agregalar halinde kendi kendine birleşir. Agrega halde, oligoynlar daha sonra morfolojiyi ve gömülü kimyasal işlevselleştirmeyi korurken hafif koşullar altında karbonize edilebilir. Bu yeni yaklaşım, işlevselleştirilmiş karbon nanomalzemelerine doğrudan erişim sağlar. Bu makalede, bir dizi tekrarlanan bromlama ve Negishi tipi çapraz bağlanma reaksiyonu yoluyla tipik yağ asidi esterlerinin karbon açısından zengin kardeşleri olarak hekzay karboksilat amfifilleri hazırlamamıza izin veren sentetik bir yaklaşım sunuyoruz. Elde edilen bileşikler, hava-su arayüzünde tek tabakalar halinde kendi kendine bir araya gelecek şekilde tasarlanmıştır ve bunun bir Langmuir oluğunda nasıl başarılabileceğini gösteriyoruz. Böylece, moleküllerin hava-su arayüzünde sıkıştırılması, film oluşumunu tetikler ve moleküllerin yoğun bir şekilde paketlenmiş bir tabakasına yol açar. Filmlerin hava-su arayüzünde tam karbonizasyonu daha sonra hafif bir dış uyaran olarak UV ışınlaması kullanılarak hekzay tabakasının oda sıcaklığında çapraz bağlanmasıyla gerçekleştirilir. Bu işlem sırasında katmanda meydana gelen değişiklikler, kızılötesi yansıma-absorpsiyon spektroskopisi ve Brewster açı mikroskobu yardımıyla izlenebilir. Ayrıca, karbonize filmlerin Langmuir-Blodgett tekniği ile katı alt tabakalar üzerine aktarılması, bunların santimetre mertebesinde yanal boyutlara sahip karbon nanotabakalar olduğunu kanıtlamamızı sağlamıştır.
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.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
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.
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.
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.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
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 abso...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
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 doğasın...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.
Avrupa Araştırma Konseyi (ERC Grant 239831) ve Humboldt Bursu (BS) tarafından sağlanan fon minnetle kabul edilmektedir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Metillityum lityum bromür kompleksi (2.2 Dietileter içinde M çözeltisi) | Acros | 18129-1000 | havaya duyarlı, yanıcı |
| Çinko klorür (0.7 THF'de M çözeltisi) | Acros | 38945-1000 | havaya duyarlı, yanıcı |
| 1,1'-Bis (difenilfosfino) ferrosen] dikloropaladyum (II), DCM eklentisi ve nbsp; | Bor Moleküler | BM187 | |
| N < / em>-Bromosüksinimid | Acros | 10745 | ışığa duyarlı |
| Gümüş florür | Fluorochem | 002862-10g | ışığa duyarlı |
| n-Butillityum (2.5 Hekzanlarda M çözeltisi) | Acros | 21335-1000 | havaya duyarlı, yanıcı |
| Sodyum metanolat | Acros | 17312-0050 | |
| Tetrahidrofuran (stabilize edilmemiş, HPLC için) | Fisher Chemicals | T/0706/PB17 | Bu çözücü, bir çözücü saflaştırma sistemi (Innovative Technology, Inc, Amesbury, MA, ABD) kullanılarak kurutuldu ve gazdan arındırıldı ( |
| HPLC için) | Fisher Chemicals | T/ 2306/17 | Bu çözücü, bir çözücü saflaştırma sistemi kullanılarak kurutuldu ve gazdan arındırıldı (Innovative Technology, Inc, Amesbury, MA, ABD) |
| Asetonitril (HPLC için) | Fisher Chemicals | A/0627/17 | Bu çözücü, bir çözücü saflaştırma sistemi (Innovative Technology, Inc, Amesbury, MA, ABD) kullanılarak |
| kurutuldu ve gazdan arındırıldı.Chloroforme (pa) | VWR International | 1.02445.1000 | |
| Pentan | Reactolab | 99050 | Reaktif sınıfı olarak satın alınır ve kullanımdan önce bir kez damıtılır |
| Heptan | Reactolab | 99733 | Reaktif sınıfı olarak satın alınır ve kullanımdan önce bir kez damıtılır |
| Diklorometan | Reactolab | 99375 | Reaktif sınıfı olarak satın alınır ve kullanımdan |
| önce bir kez damıtılırDietileter | Reactolab | 99362 | Reaktif sınıfı olarak satın alınır ve Geduran silika jel kullanılmadan önce bir kez damıtılır |
| (Si 60, 40-60 &mikro; m) | Merck | 1115671000 | |
| Langmuir teknesi | Ar-Ge K, Potsdam | ||
| Termostat | E1 Medingen | ||
| Hamilton şırınga | Model 1810 RN SYR | ||
| Vertex 70 FT-IR spektrometresi | Bruker | ||
| Dış hava/su yansıtma ünitesi (XA-511) | Bruker | ||
| UV lambası (250 W, Ga-katkılı metal halide ampul) | UV-Işık Teknolojisi | ||
| Brewster açı mikroskobu (BAM1+) | NFT Gö ttingen | ||
| Safir yüzeyler | Stecher Seramik | ||
| Quantifoil holey karbon TEM ızgaraları | Elektron Mikroskobu Bilimleri | ||
| Nükleer manyetik rezonans spektrometresi (Bruker Avance III 400) | Bruker | ||
| JASCO V-670 UV/Vis spektrometresi | JASCO | ||
| Taramalı Elektron Mikroskobu (Zeiss Merlin FE-SEM) | Zeiss |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.