Summary

طبقة تلو طبقة تجميع ونقل طليق مترافق الصغيرة التي بوليمر Nanomembranes

Published: December 15, 2015
doi:

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

جذبت CMP مواد مساحة كبيرة كما تزايد الاهتمام في الآونة الأخيرة، وذلك بسبب التباين الشديد في إدماج المجموعات الوظيفية في تركيبة مع الاستقرار الحرارية والكيميائية الرائعة التي قاموا بها، والكثافة المنخفضة. ومع ذلك، وطبيعتها غير قابلة للذوبان يسبب مشاكل في تجهيزها منذ التقنيات المستخدمة عادة مثل طلاء تدور غير متوفرة. خاصة بالنسبة للتطبيقات الغشاء، حيث تجهيز CMP كما الأغشية الرقيقة غير مرغوب فيه، ومعالجة المشاكل أعاقت تطبيق تجاريا.

نحن هنا وصف التوليف بينية من CMP الأغشية الرقيقة على ركائز functionalized عبر الجزيئي طبقة تلو طبقة (LBL) التوليف. هذه العملية تسمح إعداد الأفلام مع سمك المطلوب والتكوين والتدرجات التكوين حتى المرجوة.

استخدام دعامات الأضاحي يسمح إعداد الأغشية قائما بذاته من قبل انحلال الدعم بعدالتوليف. للتعامل مع مثل هذه الأغشية قائما بذاته رقيقة جدا حماية مع الطلاء الأضاحي أظهرت وعدا كبيرا، لتجنب تمزق nanomembranes. لنقل nanomembranes إلى الركيزة المطلوب، وupfloated الأغشية المغلفة في واجهة الهواء السائل ومن ثم نقلها عبر تراجع الطلاء.

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. توليف CMP أغشية رقيقة من خلال إضافة متتابعة أحادي الطبقة الذاتي تجميعها (SAM) functionalization من الذهب على الميكا. إعداد 1 ملم حل 11 thioacetyl-undecane حمض propargyl …

Representative Results

وتتميز أغشية بواسطة الأشعة تحت الحمراء امتصاص انعكاس الطيفي (IRRAS). ويبين الشكل 16 4 IRRA-أطياف من CMP غشاء نقلها إلى رقاقة الذهب. العصابات نموذجية من الاهتزازات من العمود الفقري العطرية هي في 1605 سم -1، 1515 سم -1 و 1412 سم -1. مجموعة آلكاين …

Discussion

لتوليف للCMP فيلم الحل المحفز أن تكون طازجة. يشار إلى محفز كسر (أي أكسدة) من قبل تلوين الزرقاء من الحل. الحل الطازج هو عديم اللون.

والنقطة الحاسمة هي لقطع حواف الركيزة الميكا بعد طلاء تدور PMMA. أيضا عيوب في الركيزة يجب أن تقطع،</…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors have no acknowledgements.

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

References

  1. Lindemann, P., et al. Preparation of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes for Gas Separation. Chemistry of Materials. 26 (24), 7193-71 (2014).
  2. Kim, M., et al. Preparation of Ultrathin Films of Molecular Networks through Layer-by-Layer Cross-Linking Polymerization of Tetrafunctional Monomers. Macromolecules. 44 (18), 7092-7095 (2011).
  3. Vonhören, B., et al. Ultrafast Layer-by-Layer Assembly of Thin Organic Films Based on Triazolinedione Click Chemistry. ACS Macro Letters. 4 (3), 331-334 (2015).
  4. Shekhah, O., et al. Step-by-Step Route for the Synthesis of Metal−Organic Frameworks. Journal of the American Chemical Society. 129 (49), 15118-15119 (2007).
  5. Shekhah, O., Wang, H., Zacher, D., Fischer, R. A., Wöll, C. Growth Mechanism of Metal–Organic Frameworks: Insights into the Nucleation by Employing a Step-by-Step Route. Angewandte Chemie International Edition. 48 (27), 5038-5041 (2009).
  6. Shekhah, O., Liu, J., Fischer, R. A., Wöll, C. MOF thin films: existing and future applications. Chemical Society Reviews. 40 (2), 1081-1106 (2011).
  7. Liu, J., et al. Deposition of Metal-Organic Frameworks by Liquid-Phase Epitaxy: The Influence of Substrate Functional Group Density on Film Orientation. Materials. 5 (9), 1581-1592 (2012).
  8. Such, G. K., Quinn, J. F., Quinn, A., Tjipto, E., Caruso, F. Assembly of Ultrathin Polymer Multilayer Films by Click Chemistry. Journal of the American Chemical Society. 128 (29), 9318-9319 (2006).
  9. Ai, M., et al. Carbon Nanomembranes (CNMs) Supported by Polymer: Mechanics and Gas Permeation. Advanced Materials. 26 (21), 3421-3426 (2014).
  10. Jiang, J. -. X., Cooper, A. I. in Functional Metal-Organic Frameworks: Gas Storage, Separation and Catalysis. Topics in Current Chemistry. (ed Martin Schröder) Ch. 293, 1-33 (2010).
  11. Dawson, R., Cooper, A. I., Adams, D. J. Nanoporous organic polymer networks. Progress in Polymer Science. 37 (4), 530-563 (2012).
  12. Muller, T., Bräse, S. Click Chemistry Finds Its Way into Covalent Porous Organic Materials. Angewandte Chemie International Edition. 50 (50), 11844-11845 (2011).
  13. Tsotsalas, M., Addicoat, M. A. Covalently linked organic networks. Frontiers in Materials. 2, (2015).
  14. Kleinert, M., Winkler, T., Terfort, A., Lindhorst, T. K. A modular approach for the construction and modification of glyco-SAMs utilizing 1,3-dipolar cycloaddition. Organic & Biomolecular Chemistry. 6 (12), 2118-2132 (2008).
  15. Plietzsch, O., et al. Four-fold click reactions: Generation of tetrahedral methane- and adamantane-based building blocks for higher-order molecular assemblies. Organic & Biomolecular Chemistry. 7, (2009).
  16. Greenler, R. G. Infrared Study of Adsorbed Molecules on Metal Surfaces by Reflection Techniques. The Journal of Chemical Physics. 44 (1), (1966).
check_url/53324?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Lindemann, P., Träutlein, Y., Wöll, C., Tsotsalas, M. Layer-by-layer Synthesis and Transfer of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes. J. Vis. Exp. (106), e53324, doi:10.3791/53324 (2015).

View Video