Gyroid Níquel Nanoestructuras de copolímero de dibloques supramoléculas
Summary
En este artículo se describe la preparación de nanoespumas níquel bien ordenados a través de la deposición no electrolítica de metal sobre las plantillas nanoporosas obtenidos de supramoléculas basadas copolímero dibloque autoensamblado.
Abstract
Espumas metálicas Nanoporous poseen una combinación única de propiedades – que son catalíticamente activo, térmica y eléctricamente conductora, y además, tienen una alta porosidad, alta relación de superficie a volumen y resistencia-peso. Desafortunadamente, los enfoques comunes para la preparación de nanoestructuras metálicas hacen que los materiales con una arquitectura altamente desordenada, lo que podría tener un efecto adverso en sus propiedades mecánicas. Los copolímeros de bloques tienen la capacidad de auto-ensamblarse en nanoestructuras ordenadas y se pueden aplicar como plantillas para la preparación de nanoespumas de metal bien ordenadas. Aquí se describe la aplicación de un complejo supramolecular basada en copolímero de bloque – poliestireno de bloque de poli (4-vinilpiridina) (pentadecilfenol) PS-b-P4VP (PDP) – como precursor para la bien ordenada nanoespuma níquel. Los complejos supramoleculares exhiben un comportamiento de fases similares a los copolímeros de bloques convencionales y pueden auto-ensamblarse en el bicontinuo ingenio morfología giroideh dos redes PS colocados en una P4VP (PDP) de la matriz. PDP puede ser disuelto en etanol conduce a la formación de una estructura porosa que puede ser rellenada con el metal. Utilizando la técnica de deposición sin corriente eléctrica, el níquel puede ser insertado en los canales de la plantilla. Por último, el polímero restante puede eliminarse a través de la pirólisis de la nanohíbrido polímero / inorgánico resultante en espuma de níquel nanoporoso con morfología giroide inversa.
Introduction
Hay varias técnicas disponibles para la preparación de nanoespumas de metal: dealloying 1-3, de sol-gel se acerca 4,5, nanosmelting 6,7, y la síntesis de combustión 8. En el proceso de dealloying, el material de partida es generalmente una aleación binaria, por ejemplo, una aleación de plata y oro. El metal menos noble, de plata en este caso, se puede eliminar ya sea químicamente o electroquímicamente resulta en una espuma de oro porosa desordenada con ligamentos de tamaño nanométrico. En la síntesis de combustión, de metal se mezcla con un precursor energético que libera energía durante su descomposición y impulsa la formación de nanoespuma de metal 8. Los estudios sobre el comportamiento mecánico de las espumas de metal indican que en arquitecturas desordenados tensiones no se pueden transmitir de manera efectiva desde la nanoescala ligamento a la macroescala general 9-11. Por lo tanto se espera que nanoespumas de metal bien ordenados que tienen propiedades mecánicas superiores en comparación con lalos desordenados.
La idea representada aquí es el empleo de copolímeros de bloque que la auto-ensamblarse en nanoestructuras ordenadas como precursores de nanoespumas metal. Dependiendo de la composición de un copolímero de bloque, el número total de unidades de monómero y el grado de repulsión entre los bloques conectados químicamente, diversas morfologías parecen tales como: esférica, cilíndrica, lamelar, doble giroide, hexagonal laminar perforado, y otros 12-14 . Además, los bloques de polímero pueden ser degradados de manera selectiva conduce a materiales nanoporoso 15. Los métodos más comunes son: ozonólisis 16-18, la irradiación UV 19, grabado por iones reactivos 20-22, 23-26 y disolución. Las estructuras porosas generados pueden ser rellenados con diversos materiales inorgánicos. Los óxidos de metal (por ejemplo, SiO2, TiO2) son generalmente introducidos mediante el método sol-gel en los canales de la plantilla 27-29. Elchapado ectrochemical y no electrolíticos se utilizan comúnmente para depositar el metal en o sobre plantillas de 30-33. Finalmente, el polímero restante puede ser retirado de la nanohíbrido polímero / inorgánico a través de pirólisis 2, 34,35 disolución, la degradación UV 28,29, etc
En nuestro enfoque, se parte de un complejo supramolecular de poliestireno en bloques de poli (4-vinilpiridina) (PS-b-P4VP) copolímero de dos bloques y pentadecilfenol anfifílico (PDP) moléculas. Este complejo es el resultado de la unión de hidrógeno entre PDP y anillos de piridina (Figura 1A). La composición del copolímero de bloque de partida y la cantidad de agregado de PDP se eligen de tal manera que el sistema se auto-ensambla obtenidos en la bicontinua morfología giroide doble con una red de PS y una P4VP (PDP) de la matriz (Figura 1b). Moléculas del PPD se disuelven selectivamente en etanol y P4VP cadenas colapso en la red PS (Figura 1c). Posteriormente, utilizando el método de revestimiento no electrolítico, de níquel se deposita en los poros de la plantilla (Figura 1d). Después de la eliminación del polímero restante a través de la pirólisis, un nanoespuma níquel giroide bien ordenada se obtiene (Figura 1e).
Protocol
Representative Results
Discussion
Complejos supramoleculares se aplican con éxito como precursores para nanoespumas de metal bien ordenadas. En este método, el paso crucial es la adquisición de la plantilla adecuada, es decir, una plantilla con morfología giroide. En el diagrama de fase de copolímeros de bloques de la región giroide es muy pequeño y es bastante difícil para apuntar. Esto significa que si copolímeros de bloques convencionales se utilizan como materiales de partida, la síntesis bastante elaborado tiene que ser repetido …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Reconocemos el apoyo financiero del Instituto de Zernike de Materiales Avanzados de la Universidad de 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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