Síntese camada por camada e Transferência de autônomos conjugados microporosas Polymer Nanomembranes

Summary

In this paper we describe the interfacial synthesis of conjugated microporous polymers (CMP) on sacrificial substrates, and the dissolution of the substrate for the preparation of freestanding CMP nanomembranes. In addition, we will describe how the fragile nanomembranes can be transferred to other substrates.

Abstract

CMP como materiais de grandes dimensões da área de superfície tem atraído um interesse crescente, recentemente, devido à sua elevada variabilidade na incorporação de grupos funcionais em combinação com a sua excelente estabilidade térmica e química, e baixas densidades. No entanto, a sua natureza insolúvel causa problemas no seu processamento desde técnicas geralmente aplicadas, tais como revestimento por rotação não estão disponíveis. Especialmente para aplicações de membrana, onde o processamento da CMP como filmes finos é desejável, os problemas de processamento têm impedido a sua aplicação comercial.

Aqui nós descrevemos a síntese interfacial da CMP filmes finos sobre substratos funcionalizados via (LBL) síntese molecular camada por camada. Este processo permite a preparação de películas com a espessura desejada e da composição e gradientes de composição ainda desejados.

A utilização de suportes sacrificiais permite a preparação de membranas autoportante por dissolução do suporte depoisa síntese. Para lidar com tais membranas autônomas ultra-finas da protecção com revestimentos de sacrifício mostrou uma grande promessa, para evitar a ruptura dos nanomembranes. Para transferir os nanomembranes ao substrato desejado, as membranas revestidas são upfloated na interface ar-líquido e, em seguida, transferidos por meio de revestimento por imersão.

Introduction

The preparation of ultra-thin polymer membranes is of high interest for applications in gas separation and nanofiltration. Challenges in the synthesis are represented by (a) the control of the membrane thickness and the homogeneity and (b) transfer of such fragile membranes. To overcome challenge (a), molecular layer-by-layer synthesis¹ has shown great promise in controlling the thickness and homogeneity of thin films grown at the solid-liquid interface.^2,3 Controlling the number of layers linearly controls the film thickness. The l-b-l method has been successfully used to fabricate surface mounted metal organic frameworks (SURMOFs),^4-7 also the synthesis of thin polymer films via l-b-l reaction of polymer chains was demonstrated.⁸ The challenge (b) concerns the handling of these ultra-thin membranes. To avoid rupture or wrinkling of the nanomembranes sacrificial supports of coatings have shown great promise. ⁹

Here we will present a detailed protocol for synthesis of conjugated microporous polymer (CMP)^10-13 thin films through sequential addition of the molecular building blocks, with desired thickness and composition. The preparation of free-standing CMP nanomembranes is achieved by using a sacrificial support. To handle and transfer the CMP nanomembranes to other supports we will describe a simple protocol to protect the membranes with sacrificial coatings and their upfloating to the liquid air interface and subsequent transfer using dip-coating.

Protocol

1. Síntese do CMP Filmes Finos através de adição sequencial Auto-montado monocamada (SAM) funcionalização de ouro em mica. Preparar a solução de 11 mM de 1-tioacetil-undecano amida do ácido 14-propargil em etanol (SAM-solução). Misture com banho ultra-sônico até solução é clara. Proteger a garrafa de luz usando papel alumínio. Obter revestido de ouro mica wafer sob árgon. Após a retirada do recipiente de armazenamento de mergulhar a bolacha mica directam…

Representative Results

As membranas são caracterizadas por espectroscopia de absorção de infravermelho de reflexão (IRRAS). 16 A Figura 4 mostra-IRRA espectros a partir de uma membrana de CMP-transferido para uma bolacha de ouro. Faixas típicas a partir das vibrações da espinha dorsal aromático são a 1.605 cm-1, 1515 cm-1 e 1.412 cm-1. Grupos alcino e azida que não reagiram podem ser observados por bandas características em 2125 cm-1 e 1227 cm-1. <st…

Discussion

Para a síntese de a-CMP filme a solução do catalisador tem que ser fresca. Um catalisador quebrada (isto é, oxidado) é indicada por uma coloração azul da solução. A nova solução é incolor.

Um ponto crucial é cortar as bordas do substrato de mica após revestimento por centrifugação de PMMA. Também defeitos no substrato deve ser cortado, ou seja, cada local foram o PMMA pode entrar em contacto com o substrato de mica, por causa de uma camada de ouro em falta….

Materials

Acetone	VWR BDH Prolabo	20066.330	AnalR NORMAPUR
Potassium iodide	VWR BDH Prolabo	26846.292	AnalR NORMAPUR
Ethyl acetate	VWR BDH Prolabo	23882.321	AnalR NORMAPUR
Tetrahydrofurane (THF)	VWR BDH Prolabo	28559.320	HiPerSolv CHROMANORM
THF waterfree	Merck Millipore	1.08107.1001	SeccoSolv
Iodine	Sigma-Aldrich	20,777-2
Tetrakis(acetonitrile)copper(I)hexafluoro-phosphate	Sigma-Aldrich	346276-5G
Poly(methyl methacrylate) 996 kDa (PMMA)	Sigma-Aldrich	182265-25G
1.1.1.1 Methanetetrayltetrakis(4-azidobenzene) (TPM-azide)			provided by AK Prof. Bräse. Institute of organic chemistry, Karlsruhe Institute of Technology. Synthesized according to9
1.1.1.1 Methanetetrayltetrakis(4-ethinylenebenzene) (TPM-alkyne)			provided by AK Prof. Bräse. Institute of organic chemistry, Karlsruhe Institute of Technology. Synthesized according to9
11-thioacetyl-undecaneacid propargylamide			provided by AK Prof. Bräse. Institute of organic chemistry, Karlsruhe Institute of Technology. Synthesized according to8
gold/titan coated silicium-wafer	Georg Albert PVD, 76857 Silz, Germany
gold coated mica	Georg Albert PVD, 76857 Silz, Germany