Síntesis de monocapa autoensamblada para el crecimiento de redes metal orgánicas y redes covalentes

Abstract

La presente tesis busca crecer polímeros de coordinación, Redes Metal Orgánicas (MOF por sus siglas en ingles Metal Organic Framework) y redes orgánicas covalentes (COF por sus siglas en ingles Covalent Organic Framework) sobre una superficie de óxido de indio y estaño (ITO por sus siglas en ingles Indium Tin Oxide). Ambos materiales MOFs y COFs, corresponden a polímeros que en su estructura dejan poros en su interior. El crecimiento de los polímeros comenzó con un paso previo: la formación de una monocapa autoensamblada (SAM por sus siglas en ingles Self Assembled Monolayer) basada en un órgano silano llamado 3-aminopropiltrietoxisilano (3-APTES). Para la formación de esta SAM con grupos aminos terminales (ITO-SAM-NH2), se probaron distintas metodologías y reactivos, donde las caracterizaciones por ángulo de contacto y XPS indicaron el reactivo y metodología que presentaba una mayor cantidad de nitrógeno sobre la superficie de ITO. Para el crecimiento del MOF, esta superficie ITO-SAM-NH2 se hizo reaccionar con carbonildiimidazol (CDI) para formar un intermediario imidazol. Luego la superficie se hizo reaccionar con ácido-1,4-benceno-dicarboxilato, formando una superficie que presenta grupos ácidos expuestos (ITO-SAM-COOH). En este caso las caracterizaciones se realizaron por ángulo de contacto, voltamperometría cíclica y potencial Z las cuales indicaron la formación de esta SAM. En cuanto al crecimiento del COF, se utilizaron monómeros 2,4,6-trihidroxibenceno-1,3,5-tricarbaldehído (TP) y 2,2 bipiridina-5,5-diamina (BPY). Las reacciones de polimerización se realizaron sobre ITO-SAM-NH2, comenzando con la reacción con el aldehído TP y posteriormente la reacción de polimerización in situ. Las caracterizaciones por ángulo de contacto, FT-IR y AFM indicaron el crecimiento realizado del COF. En el crecimiento del MOF, la polimerización se realizó sobre ITO-SAM-COOH, utilizando ácido benceno-1,4-dicarboxílico y acetato de cobre monohidratado. El crecimiento se realizó in situ y las caracterizaciones por ángulo de contacto, FT-IR y EDS sugieren un crecimiento del polímero. Finalmente, el crecimiento del polímero de coordinación se creció sobre ITO-SAM-COOH, donde el metal fue acetato de cobre monohidratado y el ligando orgánico fue el curcuminoide Ácido 2,2'-((((1E,3Z,6E)-3-hidroxi-5-oxohepta-1,3,6-trien-1,7-diyl)bis(1,4-fenil))bis(oxi))diacetico (CCM-O-CH2-COOH). La caracterización por ángulo de contacto indica un cambio en la hidrofobicidad debido al aumento de matera orgánica sobre la superficie.

This thesis seeks to grow coordination polymers, Metal Organic Frameworks (MOF) and covalent organic framework (COF) on an indium tin oxide (ITO) surface. Both materials MOFs and COFs, correspond to polymers that leave pores inside in their structure. The growth of the polymers began with a previous step: the formation of a self-assembled monolayer (SAM) based on an organsilane called 3-aminopropyltriethoxysilane (3-APTES). For the formation of this SAM with terminal amino groups (ITO-SAM-NH2). Different methodologies and reagents were tested, where characterizations by contact angle and XPS indicated the best reagent and the best methodology. For MOF growth, this ITO-SAM-NH2 surface was reacted with carbonyldiimidazole (CDI) to form an imidazole intermediate. The surface was then reacted with acid-1,4-benzene-dicarboxylate, forming a surface presenting exposed acid groups (ITO-SAM-COOH). In this case the characterizations were carried out by contact angle, cyclic voltammetry and Z potential which indicated the formation of this SAM. Regarding COF growth, monomers 2,4,6-trihydroxybenzene-1,3,5-tricarbaldehyde (TP) and 2,2-bipyridine-5,5-diamine (BPY) were used. The polymerization reactions were carried out on ITO-SAM-NH2, starting with the reaction with the TP aldehyde and subsequently the in situ polymerization reaction. The characterizations were done by contact angle, FT-IR and AFM indicated the growth of the COF. In the growth of the MOF, the polymerization was carried out on ITO-SAM-COOH, using benzene-1,4-dicarboxylic acid and copper acetate monohydrate. The growth was carried out in situ and the characterizations by contact angle, FT-IR and EDS suggest a growth of the polymer. Finally, the growth of the coordination polymer was grown on ITO-SAM-COOH, where the metal was copper acetate monohydrate and the organic ligand was the curcuminoid Acid 2,2'-((((1E,3Z,6E)-3-hydroxy-5-oxohepta-1,3,6-trien-1,7-diyl)-bis-(1,4-phenyl))-bis-(oxy))-diacetic acid (CCM-O-CH2-COOH). The characterization was done by contact angle indicates a change in hydrophobicity due to the increase in organic matter on the surface.