We presenteren de synthese van een amfifiele hexayn en het gebruik ervan bij de bereiding van koolstofnanosheets op het lucht-water grensvlak vanuit een zelf-geassembleerde monolaag van deze reactieve, koolstofrijke moleculaire voorlopers.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Voorbereiding van de Carbon Nanosheets bij kamertemperatuur
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Amfifiele moleculen uitgerust met een reactieve, koolstofrijke "oligoyne" segment bestaande uit geconjugeerde koolstof-koolstof drievoudige bindingen zelfassembleren zich tot gedefinieerde aggregaten in waterige media en aan het lucht-water grensvlak. In de geaggregeerde toestand kunnen de oligoynen vervolgens worden gecarboniseerd onder milde omstandigheden terwijl de morfologie en de ingebedde chemische functionele groepen behouden blijven. Deze nieuwe aanpak biedt directe toegang tot gefunctionaliseerde koolstofnanomaterialen. In dit artikel presenteren we een synthetische aanpak die ons in staat stelt om hexayncarboxylaat amfifielen te bereiden als koolstofrijke neven van typische vetzuuresters door middel van een reeks herhaalde brominering en Negishi-type cross-koppelingsreacties. De verkregen verbindingen zijn ontworpen om zich zelf te assembleren in monolagen aan het lucht-water grensvlak, en we tonen hoe dit kan worden bereikt in een Langmuir-trog. Zo triggert de compressie van de moleculen aan het lucht-water grensvlak de filmvorming en leidt tot een dicht verpakte laag van de moleculen. De volledige carbonisatie van de films aan het lucht-water grensvlak wordt vervolgens voltooid door cross-linking van de hexayn laag bij kamertemperatuur, met behulp van UV-bestraling als een milde externe stimulus. De veranderingen in de laag tijdens dit proces kunnen worden gemonitord met behulp van infrarood reflectie-absorptiespectroscopie en Brewster-hoek microscopie. Bovendien heeft een overdracht van de gecarboniseerde films op vaste substraten door de Langmuir-Blodgett techniek ons in staat gesteld om te bewijzen dat het koolstofnanosheets waren met laterale afmetingen in de orde van centimeters.
Inleiding
Tweedimensionale koolstofnanostructuren trekken veel aandacht vanwege de gerapporteerde uitstekende elektrische, thermische en mechanische eigenschappen 1-5. Deze materialen zouden moeten de technische vooruitgang op het gebied van polymeersamenstellingen 6, energiereservoirs 7 en moleculaire elektronica 8-10 bevorderen. Ondanks intensief onderzoek inspanningen in de afgelopen jaren echter, de toegang tot grotere hoeveelheden welbepaalde koolstof nanomaterialen is nog steeds beperkt, waardoor hun grootschalige implementatie in technologische toepassingen 11,12 belemmert.
Carbon nanoma....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Let op: Zorg ervoor dat u de relevante gegevens materialen veiligheidsinformatiebladen (VIB) raadplegen alvorens het gebruik van chemische verbindingen. Een deel van de chemicaliën die worden gebruikt in deze syntheses zijn acuut giftig en kankerverwekkend. Bereid nanomaterialen kunnen extra gevaren hebben in vergelijking met hun bulk tegenhanger. Het is noodzakelijk om alle nodige veiligheidsvoorschriften te gebruiken bij het uitvoeren van reacties (zuurkast) en persoonlijke beschermingsmiddelen (veiligheidsbril, handschoenen, laboratoriumjas, volledige lengte broek, dichte schoenen). Indien niet anders vermeld de volgende procedures te betrekken standaard Schlenk-t....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
De 13C kernmagnetische resonantie (NMR) spectrum van het bereide precursor molecule 3 toont de 12 sp-gehybridiseerde koolstofatomen van de hexayne segment met overeenkomstige chemische verschuivingen van δ = 82-60 ppm (Figuur 1b). Bovendien, de signalen bij δ = 173 ppm en bij δ = 52 ppm toegekend aan de carbonyl- en methylkoolstof van de ester resp. De signalen tussen δ = 33-14 ppm worden toegeschreven aan de alifatische koolstoffen v.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
De gewenste hexayne amfifiel (3) is rechtlijnig bereid door sequentiële bromering 52,53 en Pd-gekatalyseerde verlenging van het alkyn 30,31 segment, gevolgd door een laatste ontschermingsreactie van de tritylphenyl ester (2) (figuur 1a) 29. De succesvolle synthese wordt bevestigd door de 13 C NMR-spectrum (figuur 1b) en de UV-Vis-absorptiespectrum (figuur 1c) 31,54. Dit toont de gemakkelijke aard waardoor hogere oli.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Financiering van de European Research Council (ERC Grant 239831) en een Humboldt Fellowship (BS) wordt met dank erkend.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Methyllithium lithium bromide complex (2.2 M oplossing in di-ethylether) | Acros | 18129-1000 | luchtgevoelig, ontvlambaar |
| Zinkchloride (0.7 M oplossing in THF) | Acros | 38945-1000 | luchtgevoelig, ontvlambaar |
| 1,1'-Bis(difenylfosfino)ferroceen] dichloorpalladiu(II), DCM-additum | Boron Molecular | BM187 | |
| N-Bromosuccinimide | Acros | 10745 | lichtgevoelig |
| Zilverfluoride | Fluorochem | 002862-10g | lichtgevoelig |
| n-Butyllithium (2.5 M oplossing in hexaan) | Acros | 21335-1000 | luchtgevoelig, ontvlambaar |
| Natriummethanolaat | Acros | 17312-0050 | |
| Tetrahydrofuraan (ongestabiliseerd, voor HPLC) | Fisher Chemicals | T/0706/PB17 | Dit oplosmiddel werd gedroogd en ontgast met behulp van een oplosmiddelzuiveringssysteem (Innovative Technology, Inc, Amesbury, MA, USA) |
| Tolueen (voor HPLC) | Fisher Chemicals | T/2306/17 | Dit oplosmiddel werd gedroogd en ontgast met behulp van een oplosmiddelzuiveringssysteem (Innovative Technology, Inc, Amesbury, MA, USA) |
| Acetonitril (voor HPLC) | Fisher Chemicals | A/0627/17 | Dit oplosmiddel werd gedroogd en ontgast met behulp van een oplosmiddelzuiveringssysteem (Innovative Technology, Inc, Amesbury, MA, USA) |
| Dichloormethaan (Extra Dry over Molecular Sieve) | Acros | 34846-0010 | |
| Chloroforme (p.a.) | VWR International | 1.02445.1000 | |
| Pentaan | Reactolab | 99050 | Gekocht als reagenskwaliteit en eenmaal gedistilleerd voor gebruik |
| Heptaan | Reactolab | 99733 | Gekocht als reagenskwaliteit en eenmaal gedistilleerd voor gebruik |
| Dichloormethaan | Reactolab | 99375 | Gekocht als reagenskwaliteit en eenmaal gedistilleerd voor gebruik |
| Di-ethylether | Reactolab | 99362 | Gekocht als reagenskwaliteit en eenmaal gedistilleerd voor gebruik |
| Geduran silicagel (Si 60, 40-60 µm) | Merck | 1115671000 | |
| Langmuir-trog | R&K, Potsdam | ||
| Thermostaat | E1 Medingen | ||
| Hamilton-spuit | Model 1810 RN SYR | ||
| Vertex 70 FT-IR spectrometer | Bruker | ||
| Externe lucht/waterreflectie-eenheid (XA-511) | Bruker | ||
| UV-lamp (250 W, Ga-gedoteerde metaalhalogenidelamp) | UV-Light Technology | ||
| Brewsterhoekmicroscoop (BAM1+) | NFT Göttingen | ||
| Saffiersubstraten | Stecher Ceramics | ||
| Quantifoil holey koolstof TEM-roosters | Electron Microscopy Sciences | ||
| Kernspinresonantiespectrometer (Bruker Avance III 400) | Bruker | ||
| JASCO V-670 UV/Vis-spectrometer | JASCO | ||
| Scanning Electron Microscope (Zeiss Merlin FE-SEM) | Zeiss |
Referenties
- Geim, A. K., Novoselov, K. S. The rise of graphene. Nature Mater. 6 (3), 183-191 (2007).
- Lee, C., Wei, X., Kysar, J. W., Hone, J. Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene. Science. 321 (5887), 385-388 (2008).
- Lee, J. H., Loya, P. E., Lou, ....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
