عنوان:عامل دار کردن نانو ساختارهای مزوپروس  اهداف جلسه: 
· آشنایی با آمینه کردن نانو ساختارها 
· آشنایی با عامل دار کردن نانوذرات

وسایل مورد نیاز: 
· دسترسی به اینترنت
· سیکای دود کننده کلر دار 
· DMF
· ایزونیکوتینیک اسید هیدرازید
· اتانول 

مقدمه: 
نانوساختارها به دو صورت بدون حفره (غیرمتخلخل)[Nonporous] و یا با حفرات باز (متخلخل)[Porous] وجود دارند. در این زمینه ترکیبات غیر متخلخل کمتر مورد توجه قرار گرفته ­­اند. 
برخلاف ترکیبات غیر متخلخل که کمتر به آن­ ها توجه شده، طی سال ­های گذشته ترکیبات متخلخل مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته ­اند. 

بر اساس تعریف آیوپاک ‏ مواد متخلخل با توجه به اندازه قطر حفرات شان در سه دسته کلی زیر قرار می گیرند‎ ‎. ‏
• میکرومتخلخل ها ‏ با اندازه قطر حفره کمتر از 2 نانومتر
• مزومتخلخل ها ‏ با اندازه قطر حفرات بین 2 تا 50 نانومتر
• ماکرومتخلخل ها ‏ با اندازه قطر حفرات بیش از 50 نانومتر

مواد متخلخل با توجه به اندازه حفره­ به سه دسته میكروپروس یا زئولیت­ ها (قطر حفره‌ ها كمتر از ٢ نانومتر)، مزوپروس (قطر حفره‌ها بین 2-50 نانومتر) و ماکروپروس یا سرامیک­ ها (قطر حفره‌ ها بزرگ تر از ٥٠ نانومتر) بر طبق شکل(1-2) تقسیم بندی می شوند.
 اولین بار در سال 1990 میلادی كرودا[Kuroda] و همكارانش تهیه جامدهای متخلخل سیلیكاتی با اندازه حفره‌هایی در حدود Å20-2 را گزارش كردند. در ادامه این موفقیت جالب، سنتز تركیبات جامد متخلخل دیگر نیز انجام شد. 

اخیراً برای بهبود كیفیت و كارآیی این تركیبات جامد متخلخل تغییراتی مانند ورود عناصری نظیر Cu، Zn و Sn به درون شبكه كریستالی آن ها در ساختارشان گزارش شده است. روش دیگر برای اصلاح تركیبات جامد متخلخل و افزایش گزینش‌ پذیری آن ها، عامل‌دار نمودن[Functionalization] آن ها به وسیله تركیبات آلی است که اولین بار در سال 1996 میلادی توسط مان(Mann) و همكارانش گزارش شده است. چندی بعد این تركیبات در آزمایشگاه‌های شركت موبیل نیز ساخته شده و به عنوان مواد کریستالی موبیل(Mobile ) یا MCM-41 4 نامگذاری شدند. 
در ادامه این موفقیت سنتز ترکیب‌های جامد متخلخل دیگر نیز صورت گرفت. سنتز مزوپروس­ ها­ی معروف به M41S یكی از كشف‌های بسیار مهم در زمینه سنتز مواد در دهه‌های گذشته بوده است. خانواده M41S به سه نوع طبقه‌بندی می‌شوند.


 الف MCM-41 ((شش وجهی)، ب) MCM-50 (لایه‌ای)، جMCM-48 ( (مكعبی)
شكل(1-3): سه ساختار متفاوت از مواد M41S

ماده متخلخل ساخته شده با حفره­ های شش وجهی دوبعدی تحت عنوان MCM-41 یکی از مهم‌ترین اعضای این خانواده محسوب می ­شود.
                                     
سنتز و مكانیسم تشكیل مواد مزوپروس
مدل‌های متنوعی برای شرح و شناسایی مكانیسم شکل­گیری مواد مزوپروس با روش‌های سنتزی مختلف ارائه شده است. تمامی مدل‌ها در این زمینه براساس حضور و نقش مواد فعال سطحی در محلول برای هدایت و تشكیل مزوساختار معدنی بنا شده است. مواد فعال سطحی برای كاهش سطح تماس سرهای مخالف در محلول، خود تجمعی نموده و آرایشی با كمترین انرژی را ایجاد می کنند. مولکول ­های فعال سطحی کاتیون­ های آلی بزرگی هستند که زنجیره، سر آبگریز و قسمت یونی، سر آبدوست آن است. دو مسیر مكانیسمی برای تشكیل موادی مانند M41S فرض شده است:

(الف) شروع شده با فاز كریستال مایع (ب) شروع شده با آنیون سیلیكات

(الف) در مسیر اول ابتدا ترکیب‌ها فعال سطحی به شکل فاز کریستال مایع (لیوتروپیك[Lyotropic]) در می آیند كه یك آرایش شش وجهی از میله‌ها را ایجاد خواهد كرد. در مرحله بعد آرایش ترکیب معدنی اطراف ساختار میله مانند شکل می گیرد.
(ب) در مسیر دوم ساختارهای كریستال مایع بسیار حساس تشكیل شده در محلول ممكن است مستقیماً با گونه‌های سیلیكاتی تماس داده شوند و به این ترتیب میسل‌های ماده فعال سطحی پوشش داده شده با سیلیكات ساختار MCM-41 را تشكیل می‌دهند. 

شرایط و نحوه تهیه مواد مزوپروس
همانند سنتز زئولیت‌ها، مزوپروس ­ها از طریق مخلوط كردن ماده فعال سطحی و یك منبع سیلیكاتی یا آلومینوسیلیكاتی سنتز می‌شوند. مولكول‌های فعال سطحی به عنوان شکل‌دهنده در تشكیل هیبرید آلی معدنی منظم عمل می‌كنند. این مواد به منظور كاهش سطح تماس سرهای مخالف در محلول خود تجمعی نموده و به آرایشی با كمترین سطح انرژی می‌رسند. 
ژل تشكیل شده در دمای بین ᵒC 150-70 طی یك دوره زمانی مشخص تبدیل به بلور می‌شود. محصولات به دست آمده بعد از نوبلور شدن صاف شده و با آب یون زدایی شده[Demineralized water] شسته می‌شوند. سپس در دمای اتاق خشك شده و نهایتاً مولكول‌های شکل‌دهنده از طریق كلسینه كردن[Calcination]، حفره­های شبكه سیلیكاتی را ترك می‌كنند[16]. لازم به ذکر است که نسبت مولی شکل­دهنده به سیلیكا برای تشکیل MCM-41 بایدکمتر از ١ باشد. تغییر در این نسبت می‌تواند ساختار مزوپروس تشکیل شده را تغییر داده و ساختارهای متفاوتی تولید شود. 


اولین روش برای سنتز مزوپروس ­ها، در محیط قلیایی ارائه شده است. همچنین در بسیاری از مقالات دیگر نیز سنتز مواد مزوپروس، MCM-41 گزارش شده است. سنتز مواد مزوپروس در محیط‌های اسیدی و خنثی نیز انجام شده است. هو[Huo] و همكارانش سنتز مزوپروس ­های سیلیكاتی را تحت شرایط اسیدی گزارش كردند.

ساختار سه بعدی سیلیکای دود کننده منجر به افزایش گرانروی می­ شود، در نتیجه به عنوان قوام دهنده مایعات مختلف از جمله رنگ، جوهر چاپ، چسب و رزین ­های پلی­استر به کار می ­رود. هم چنین به علت عدم وجود حفره در ساختار این ترکیب، به عنوان یک ساختار فضا پرکن کاربرد دارد. علاوه بر آن­ ها وجود گروه ­های سیلانول بسیار واکنش پذیر در سطح این ترکیب، موجب می ­شوند که گروه ­های آلی بتوانند از طریق پیوندهای کووالان به این سطوح متصل شوند. از زمان تولید این ترکیب در اوایل دهه چهل تا به امروز، از سیلیکای دودکننده به عنوان یکی از نانوساختارهای سیلیکایی برای عامل­دار کردن سطح و کاربرد آن­ در واکنش ­های مختلف استفاده شده است.
برخلاف ترکیبات غیر متخلخل که کمتر به آن­ ها توجه شده، طی سال­ های گذشته ترکیبات متخلخل به دلیل پتانسیل بالا در سنتز ترکیبات شیمیایی، صنعتی و داروئی مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته­اند. در این راستا، اصطلاحاً به فضای محدود شده خلل وفرج گفته می­شود. فهم، طراحی و کاربرد خلل­ ها از فناوری و علوم پیشرفت ه­ای برخوردار است که نقش بسیار مهمی در فناوری های جدید دارد. به عنوان مثال کانال­ ها و فضاهای داخلی غشاها و بافت­ های زیستی که تسهیل کننده حمل و نقل آب می ­باشد و نیز یون­ ها و پروتئین­ ها نوع دیگری از خلل و فرج ­ها هستند.


روش کار
سنتزترکیب سیلیکای دود کننده آمین دار
1. یک گرم از سیکای دود کننده کلر دار بدست آمده به مدت 2 ساعت تحت خلاء قرار گرفت تا کاملاً خشک شود.
2. ماده فوق در حلال DMF به مدت 1 ساعت هم زده شد تا یکنواحت گردد.
3. سپس 2 گرم ایزونیکوتینیک اسید هیدرازید به مخلوط واکنش اضافه شود و به مدت24 تحت حرارت هم زده شود. 
4. در پایان جامد زرد کم­رنگ حاصل از واکنش بر روی کاغذ صافی جمع­آوری کنید و با حلال اتانول شسته و سپس در دمای اتاق خشک کنید.


سوالات
1. روش عامل دار کردن شیمیایی چه تفاوتی با روش فیزیکی و ترکیبی دارد؟

 
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: مینا رزقی و شایان فروزنده دل
 تنظیم: زینب شاه مرادی
نانوساختارها به دو صورت بدون حفره (غیرمتخلخل) و یا با حفرات باز (متخلخل) وجود دارند. در این زمینه ترکیبات غیر متخلخل کمتر مورد توجه قرار گرفته اند.