Microfluidic 기반 CODMs의 합성 : COF 섬유의 지속적인 생산과 표면의 직접 인쇄를위한 도구
Summary
우리는 공유 유기 골격 (COFs)의 합성을위한 새로운 미세 유체 기반 방법을 제시한다. 우리는이 접근법이 연속 COF 섬유를 생산하는 데 어떻게 사용되는지, 그리고 표면에 2D 또는 3D COF 구조가 어떻게 사용되는지를 보여줍니다.
Abstract
COB (Covalent Organic Frameworks)는 다공성 공유 결합 물질로서 처리되지 않는 결정 성 분말로 합성되는 경우가 많습니다. 첫 번째 COF는 2005 년에 준비되었으며 새로운 합성 경로의 수립을 중심으로 많은 노력이있었습니다. 현재까지 COF 합성을위한 대부분의 합성 방법은 solvothermal 조건에서 벌크 혼합을 기반으로합니다. 따라서, 반응 조건에 대한 정밀한 제어 및 표면에서의 COF 가공성을 향상시키는 실용적인 응용 분야에서 필수적인 COF 합성을위한 체계적인 프로토콜 개발에 대한 관심이 증가하고있다. 여기에서 우리는 두 가지 구성 요소 블록 인 1,3,5-benzenetricarbaldehyde (BTCA)와 1,3,5-tris (4-aminophenyl) benzene (TAPB) 사이의 반응이 일어나는 COF 합성을위한 새로운 미세 유체 기반 방법을 제시한다. 제어 된 확산 조건 및 실온에서 일어난다. 이러한 접근법을 사용하면 스폰지와 같은 울음 소리가납니다.다음으로 MF-COF라고 불리는 COF 재료의 탈형 섬유를 포함한다. MF-COF의 기계적 성질과이 접근법의 동적 성질은 MF-COF 섬유의 연속 생산과 표면으로의 직접 인쇄를 허용합니다. 일반적인 방법은 유연하거나 단단한 표면에 2D 또는 3D COF 구조의 고급 인쇄가 필요한 새로운 잠재적 응용 프로그램을 엽니 다.
Introduction
공유 결합 유기 골격 (COF)은 유기 빌딩 블록이 공유 결합 1 , 2 , 3 , 4 , 5에 의해 단단히 고정되어있는 다공성 및 결정질 물질의 잘 확립 된 부류입니다. COF는 전형적으로 구성 분자 빌딩 블록이 선택적으로 반응하여 최종적이고 소정의 다공성 어셈블리를 정의하는 초분자 화학 원리에 따라 조립된다. 이러한 접근법은 제어되고 정렬 된 구조 ( 예 : 기공 크기가 정의 된) 및 조성 3 , 6 , 7 , 8 을 갖는 물질의 합성을 가능하게합니다. 다른 다공성 물질에 비해 COF는 가벼운 원소 (C, H, B, N 및 O)로 구성되어 있고 조정 가능한 poro sities 1 , 5 . 이러한 독특하고 고유 한 특성에 영감을 받아 COF는 화학적 분리 9 , 가스 저장 10 및 촉매 11 , 센서 12 , 광전자 공학 13 , 청정 에너지 기술 14 및 전기 화학 에너지 장치 15 에서 잠재적 응용으로 평가되었습니다.
현재까지, COF 물질의 제조에 사용 된 대다수의 방법은 고온 및 고압이 표준 인 고열 자기 응축 및 공 축합 반응을 기반으로합니다. COF는 열적으로 견고하지만, 일반적으로 COF는 일반적으로 불용성이며 가공 할 수없는 결정 성 분말 인 제한된 가공성으로 인해 어려움을 겪습니다. 이는 잠재적 인 실제 응용 분야에서의 사용을 크게 제한합니다ss = "xref"> 2 , 6 , 8 , 16 , 17 . COF 합성에서 현저한 진보에도 불구하고이 분야의 주요 과제는 적절한 반응 조건 ( 예 : 온도 및 압력)에서 COF를 준비 할 수있는 방법을 개발하여 표면에서의 가공성을 용이하게하는 것입니다.
최근에, Shiff-base 화학이 실온에서 imine-based COF를 합성하는데 사용될 수 있다는 연구 결과가있다. 1,3,5-tris (4-aminophenyl) benzene (TAPB)과 1,3,5-benzenetricarbaldehyde (BTCA) 17 사이의 신속하고 효율적인 반응으로 인해 생성 된 COF는 RT-COF- 1A ). 이 합성 방법의 효능은 리소그래피를 사용하여 경질 및 연질 표면에 RT-COF-1의 미크론 및 서브 미크론 패턴을 직접 인쇄하거나잉크젯 프린팅 기술. 보다 최근에는 마이크로 유체를 사용하여 동일한 이민 기반 COF (이후 MF-COF 6 라고 함)의 섬유를 연속적으로 합성하는 효과적인 방법을 보여주었습니다. COFs 18 의 생성을위한 다른보고 된 합성 접근법과는 달리,이 미세 유체 기반 합성 방법은 대기 온도와 압력에서 MF-COF 섬유의 신속한 합성을 몇 초 이내에 가능하게했다. 또한, 합성 된 MF-COF 섬유의 기계적 안정성 때문에, 우리는 이러한 미세 유체 기반 방법이 2D 및 3D 구조를 표면에 직접 인쇄 할 수있는 방법을 보여주었습니다. 여기서, 우리는이 방법이 상이한 화학적 및 물리적 특성을 갖는 다양한 표면 상에 COF 구조를 묘화하는데 사용될 수 있음을 입증한다. 우리는이 새로운 방법이 다양한 방향과 다양한 표면에서 COF의 잘 제어 된 패터닝 및 직접 인쇄에 새로운 길을 열어 준다고 믿습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에보고 된 미세 유체 기반 합성 방법은 표면에 COF 물질을 직접 인쇄하기위한 새롭고 간단한 접근법을 제공합니다. 합성은 유리 coverslip에 보세 microfluidic PDMS 칩으로 구성된 단일 레이어 microfluidic 장치를 사용하여 수행됩니다. 마이크로 유체 장치의 제조는 실리콘 마스터 몰드에 대한 PDMS의 통상적 인 캐스팅 (casting)을 통해 달성 될 수 있고이어서 유리 커버 슬립에 대해 임프린트 된 마이크로 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 스위스 국립 과학 재단 (SNF)이 프로젝트 no. 200021_160174.
Materials
| High resolution film masks | Microlitho, UK | – | Features down to 5um |
| Silicon wafers | Silicon Materials Inc., Germany | 4" Silicon Wafers | Front surface: polished, back surface: etched |
| Silicone Elastomer KIT (PDMS) | Dow Corning, USA | Sylgard 184 | – |
| Chlorotrimethylsilane | Sigma-Aldrich, Switzerland | 386529 | ≥97%, CAUTION: Handle it only under fume hood. |
| Biopsy puncher | Miltex GmBH, Germany | 33-31A-P/25 | 1.5 mm |
| Glass coverslip | Menzel-Glaser, Germany | BB024040SC | 24 mm × 40 mm, #5 |
| Plasma generator instrument | Diener | Zepto B | Frequency: 40 kHz and plasma generator power: 0-30 W |
| PTFE tubing | PKM SA, Switzerland | AWG-TFS-XXX | AWG 20TFS, roll of 100 m |
| neMESYS Syringe Pumps | Cetoni GmbH, Germany | Low Pressure (290N) | – |
| Disposable Cup | Semadeni, Switzerland | 8323 | PS, 200 ml |
| Plastic Spatula | Semadeni, Switzerland | 3340 | L × W : 135 mm x 14 mm |
| Disposable Scalpels | B. Braun, Switzerland | 233-5320 | Nr. 20 |
| Disposable Syringes | VWR, Switzerland | 613-3951 | 5 ml, Discardit II |
| Acetic Acid | Sigma-Aldrich, Switzerland | 695092-500 | >=99.7%, CAUTION: Handle it only under fume hood. |
| 1,3,5-benzenetricarbaldehyde | Aldrich-Fine Chemicals | 753491 | 97% |
| 1,3,5-Tris(4-aminophenyl)benzene | Tokyo Chemical Industry | T2728-5G | >93.0% |
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