Gyroid Nickel Nanostructures de copolymère dibloc supramolécules
Summary
Cet article décrit la préparation de nanomousses de nickel bien ordonnés par dépôt électrolytique de métal sur des modèles nanoporeux obtenus à partir de la base supramolécules copolymère dibloc auto-assemblée.
Abstract
Mousses métalliques nanoporeux possèdent une combinaison unique de propriétés – ils sont à activité catalytique, thermiquement et électriquement conducteur, et, en outre, avoir une porosité élevée, rapport surface-volume et de force-à-poids. Malheureusement, des approches communes pour la préparation de nanostructures métalliques rendent matériaux à l'architecture très désordonné, ce qui pourrait avoir un effet négatif sur leurs propriétés mécaniques. Les copolymères séquences ont la capacité de s'auto-assembler en nanostructures ordonnées et peuvent être appliqués en tant que matrices pour la préparation des nanomousses métalliques bien ordonnées. Nous décrivons ici l'application d'un complexe supramoléculaire à base de copolymère-bloc – le polystyrène-bloc-poly (4-vinylpyridine) (pentadécylphénol) PS-b-P4VP (PDP) – en tant que précurseur pour bien ordonnée nanomousse de nickel. Les complexes supramoléculaires présentent un comportement de phase similaire à des copolymères à blocs classiques et peuvent s'auto-assembler dans le bicontinue Gyroid morphologie esprith deux réseaux PS placés dans une matrice P4VP (PDP). PDP peut être dissous dans de l'éthanol conduisant à la formation d'une structure poreuse qui peut être rempli à nouveau avec le métal. En utilisant une technique de placage non électrolytique, le nickel peut être inséré dans les canaux du modèle. Enfin, le polymère restant peut être éliminé par pyrolyse du polymère / nanohybride inorganique résultant en mousse de nickel nanoporeux morphologie Gyroid inverse.
Introduction
Il existe plusieurs techniques disponibles pour la préparation d'nanomousses métalliques: dealloying 1-3, sol-gel se rapproche de 4,5, 6,7 nanosmelting, et la synthèse de combustion 8. Dans le procédé de dealloying, le matériau de départ est généralement un alliage binaire, par exemple, un alliage d'argent et d'or. Le métal le moins noble, l'argent, dans ce cas, peut être éliminé par voie chimique ou par voie électrochimique résultant en une mousse d'or poreuse désordonnée avec ligaments de taille nanométrique. Dans la synthèse par combustion, le métal est mélangé avec un précurseur d'énergie qui libère de l'énergie lors de sa décomposition et entraîne la formation de nanomousse métallique 8. Des études sur le comportement mécanique des mousses métalliques indiquent que dans les architectures de troubles contraintes ne peuvent pas être transmises efficacement de l'échelle nanométrique de ligament à l'échelle macroscopique global 9-11. Ainsi nanomousses métalliques bien ordonnées sont censés avoir des propriétés mécaniques supérieures par rapport à lales troubles.
L'idée représentée ici est d'employer des copolymères à blocs qui s'auto-assemblent en nanostructures ordonnées comme précurseurs d'nanomousses métalliques. En fonction de la composition d'un copolymère à blocs, le nombre total d'unités monomères et de l'étendue de la répulsion entre les blocs chimiquement liés, apparaissent différentes morphologies telles que: sphérique, cylindrique, à lamelles, double Gyroid, lamellaire hexagonale perforée, et d'autres de 12 à 14 . En outre, des blocs de polymères peuvent être dégradés de manière sélective conduisant à des matériaux nanoporeux 15. Les méthodes les plus courantes sont: 16-18 ozonolyse, une irradiation UV 19, gravure ionique réactive de 20 à 22, 23 à 26 et de dissolution. Les structures poreuses générés peuvent être remblayées avec divers matériaux inorganiques. Les oxydes métalliques (par exemple SiO 2, TiO 2) sont généralement introduits par procédé sol-gel dans les canaux de la modèle 27-29. Elle placage autocatalytique ectrochemical et sont couramment utilisés pour déposer du métal sur ou dans des modèles de 30 à 33. Enfin, le polymère restant peut être éliminé du polymère nanohybride / inorganique par l'intermédiaire de deux pyrolyse, dissolution 34,35, 28,29 dégradation par les UV, etc
Dans notre approche, nous partons d'un complexe supramoléculaire de polystyrène-bloc-poly (4-vinyl-pyridine) (PS-b-P4VP) copolymère dibloc et pentadécylphénol amphiphile (PDP) des molécules. Ce complexe est le résultat de la liaison hydrogène entre PDP et cycles pyridine (Figure 1a). La composition du copolymère à blocs de départ et la quantité d'ajouter PDP sont choisis de telle sorte que le système s'auto-assemble obtenus en double morphologie Gyroid bicontinue avec un réseau de PS et d'une matrice P4VP (PDP) (figure 1b). Molécules PDP se dissoudre sélectivement dans de l'éthanol et P4VP chaînes effondrement sur le réseau PS (Figure 1c). Par la suite, en utilisant la méthode de placage sans courant, le nickel est déposé dans les pores de la matrice (figure 1d). Après l'élimination du polymère restant par pyrolyse, un nanomousse de nickel Gyroid bien ordonnée est obtenue (figure 1e).
Protocol
Representative Results
Discussion
Complexes supramoléculaires sont appliquées avec succès en tant que précurseurs pour nanomousses métalliques bien ordonnées. Dans ce procédé, l'étape essentielle consiste à acquérir le gabarit approprié, à savoir un modèle de morphologie Gyroid. Dans le diagramme de phase de copolymères séquences de la région Gyroid est très faible et il est assez difficile à cibler. Cela signifie que si les copolymères à blocs conventionnels sont utilisés comme matières de départ, la synthèse tout …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous reconnaissons le soutien financier de l'Institut de Zernike des matériaux avancés, de l'Université de Groningen.
Materials
| REAGENTS: | |||
| PS-b-P4VP, CAS: 26222-40-2 | Polymer Source Inc. | P9009-S4VP P136-S4VP P5462-S4VP P3912-S4VP |
additional information are provided in a separate table |
| PDP | Aldrich | P4402-100G-A | recrystallized twice from petroleum ether |
| SnCl2 | Acros Organics | 196981000 | |
| PdCl2 | Aldrich | 76050 | |
| NiSO4 x H2O | Sigma-Aldrich | 227676 | |
| lactic acid | Aldrich | W261106 | |
| citric acid trisodium salt | Sigma-Aldrich | C3674 | |
| borane dimethyl amine complex | Aldrich | 180238 | |
| PS-b-P4VP catalogue number | Mn (PS), g/mol | Mn(P4VP), g/mol | PDI |
| P9009-S4VP | 24000 | 9500 | 1.1 |
| P136-S4VP | 31900 | 13200 | 1.08 |
| P5462-S4VP | 37500 | 16000 | 1.3 |
| P3912-S4VP | 41500 | 17500 | 1.07 |
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