Gyroid Nickel Nanostrutture da diblock Copolimero supramolecole
Summary
Questo articolo descrive la preparazione di nanofoams nichel ben ordinate tramite deposizione per elettrolisi metallo su modelli nanoporose ottenuti da supramolecole base di copolimero diblock auto-assemblati.
Abstract
Schiume metalliche nanoporous possiedono una combinazione unica di proprietà – sono cataliticamente attivo, termicamente ed elettricamente conduttivo, e, inoltre, hanno alta porosità, elevato rapporto superficie-volume e di forza-peso. Purtroppo, approcci comuni per la preparazione di nanostrutture metalliche rendono i materiali con un'architettura altamente disordinata, che potrebbe avere un effetto negativo sulle loro proprietà meccaniche. Copolimeri a blocchi hanno la capacità di auto-assemblano in nanostrutture ordinate e possono essere applicate come modelli per la preparazione di nanofoams metallo ben ordinate. Qui si descrive l'applicazione di un complesso a base di copolimero a blocchi-supramolecolare – polistirene-blocco-poli (4-vinilpiridina) (pentadecylphenol) PS-b-P4VP (PDP) – quanto precursore ordinata nanofoam nichel. I complessi supramolecolari mostrano un comportamento di fase simile a copolimeri a blocchi tradizionali e possono auto-assemblarsi in bicontinuous gyroid morfologia with due reti PS introdotti in una P4VP (PDP) matrice. PDP può essere sciolto in etanolo che porta alla formazione di una struttura porosa che può essere riempita con il metallo. Usando una tecnica placcatura elettrolitica, nichel può essere inserito nei canali del modello. Infine, il polimero residuo può essere rimosso tramite pirolisi del polimero / nanoibridi inorganico conseguente nanoporoso spugna di nickel con morfologia inversa gyroid.
Introduction
Ci sono diverse tecniche disponibili per la preparazione di nanofoams metallo: dealloying 1-3, sol-gel si avvicina 4,5, nanosmelting 6,7, e la sintesi di combustione 8. Nel processo dealloying, il materiale di partenza è di solito una lega binaria, per esempio, una lega di argento e oro. Il metallo meno nobile, argento in questo caso, può essere rimosso chimicamente o elettrochimicamente risultante in una schiuma porosa disordinato oro con legamenti dimensioni nanometriche. In sintesi combustione, il metallo è mescolato con un precursore energico che rilascia energia durante la sua decomposizione e guida la formazione di metallo nanofoam 8. Studi sul comportamento meccanico di schiume metalliche indicano che in architetture disordinati sollecitazioni non possono essere trasmessi in modo efficace dalla nanoscala alla macroscala legamento complessivo 9-11. Così nanofoams metallo ben ordinate dovrebbero avere proprietà meccaniche superiori rispetto allaquelle disordinate.
L'idea qui rappresentata è quella di impiegare copolimeri a blocchi che si auto-assemblano in nanostrutture ordinate come precursori di nanofoams metallo. A seconda della composizione di un copolimero a blocchi, il numero totale di unità monomeriche e la misura di repulsione tra i blocchi chimicamente collegati, varie morfologie appaiono come: sferica, cilindrica, lamellare, doppio gyroid, lamellare esagonale perforato, e altri 12-14 . Inoltre, blocchi polimerici possono essere degradati selettivamente portando a materiali nanoporosi 15. I metodi più comuni sono: ozonolisi 16-18, irraggiamento UV 19, reattiva agli ioni di incisione 20-22, 23-26 e dissoluzione. Le strutture porose generati possono essere recuperate le informazioni vari materiali inorganici. Ossidi metallici (ad esempio SiO 2, TiO2) sono solitamente introdotti tramite metodo sol-gel nei canali del modello 27-29. Elplaccatura ectrochemical e electroless sono comunemente usati per depositare metallo in o su modelli 30-33. Infine, il polimero residuo può essere rimosso dal polimero / nanoibridi inorganico tramite pirolisi 2, dissoluzione 34,35, 28,29 degradazione UV, ecc
Nel nostro approccio, partiamo da un complesso supramolecolare di polistirene-block-poli (4-vinilpiridina) (PS-b-P4VP) copolimero diblock e pentadecylphenol anfifilico (PDP) molecole. Questo complesso è il risultato del legame idrogeno tra PDP e anelli piridinici (Figura 1A). La composizione del copolimero a blocchi di partenza e la quantità di aggiunta PDP sono scelti in modo tale che il sistema di auto-assembla ottenuti nel bicontinuous doppia morfologia gyroid con una rete PS e un P4VP (PDP) matrice (Figura 1b). Molecole PDP diventano selettivamente dissolto in etanolo e P4VP catene crollo sulla rete PS (Figura 1c). Successivamente, utilizzando il metodo di placcatura elettrolitica, nichel si deposita nei pori del modello (Figura 1d). Dopo la rimozione del polimero residuo tramite pirolisi, un nichel gyroid nanofoam ben ordinata è ottenuto (Figura 1e).
Protocol
Representative Results
Discussion
Complessi supramolecolari vengono applicate con successo come precursori per nanofoams metallo ben ordinate. In questo metodo, il passo fondamentale è quello di acquisire il modello appropriato, cioè un modello con morfologia gyroid. Nel diagramma di fase di copolimeri a blocchi della regione gyroid è molto piccola ed è piuttosto difficile bersaglio. Ciò significa che se copolimeri a blocchi convenzionali sono usati come materiali di partenza, la sintesi piuttosto elaborati deve essere ripetuta finché la …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Noi riconosciamo il sostegno finanziario dall'Istituto Zernike dei materiali avanzati, Università di 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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