基于超亲水纳米通道的智能可控微反应器

doi:10.7503/cjcu20200650

摘要/Abstract

摘要：

对阳极氧化铝(Anodic Alumina Oxide, AAO)多孔膜进行低温空气等离子体处理得到超亲水纳米通道. 在此基础上引入油溶性铁磁流体(Ferrofluid), 通过调节外磁场的方向和强度构建出智能可控微反应器. 该智能微反应器具有多梯度门控、高电流门控比、长期循环稳定性的特点. 将其分别用于均相和非均相反应中, 采用荧光分光光度计和扫描电子显微镜等手段进行表征. 结果表明, 不同门控状态下反应产物具有不同的产量和结构, 在微反应器的可控反应方面具有良好的应用前景.

关键词: 超亲水纳米通道, 微反应器, 梯度门控, 磁流体

Abstract:

The anodic alumina oxide（AAO） porous membrane was treated with low-temperature air plasma to obtain superhydrophilic nanochannels. An oil-soluble ferrofluid was introduced on the AAO membrane， and an intelligent and controllable microreactor was constructed by adjusting the direction and strength of the external magnetic field. The intelligent microreactor has the characteristics of multilevel gating， high current-gating ratio， and long-term cycle stability. It was used in homogeneous and heterogeneous reactions and characterized by fluorescence spectrophotometer and scanning electron microscope. The results showed that the reaction products have different yields and structures under different gated states， and have good application prospects in the controllable reaction of microreactors.

Key words: Superhydrophilic nanochannel, Microreactor, Multilevel gating, Ferrofluid

中图分类号:

O647

TrendMD:

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图/表 6

Scheme 1 Intelligent controllable microreactor based on superhydrophilic nanochannel

Fig.1 Characterization of ferrofluid structure(A) XRD pattern of ferrofluid; (B) TEM image of ferrofluid; (C) particle size distribution of the ferrofluid from the TEM image.

Fig.2 Characterization of the AAO membrane pore size and hydrophilicity and adhesion before and after modification(A) SEM image of the AAO membrane. The inset is the cross-sectional SEM image of the AAO membrane; (B) the contact angles of the ferrofluid on the AAO membrane underwater before and after plasma modification; the adhesion curve of the ferrofluid on the unmodified AAO membrane(C) and the modified AAO membrane(D).

Fig.3 Schematic diagram of ferrofluid pattern changes on the outer surface of AAO membrane under different magnetic field directions and strengths(A), photographs of ferrofluid on the surface of AAO membrane under different gated states(B), curve of the transmembrane current change with time under “Open”, “Semi?open(Ⅲ)” and “Close” states(C) and curve of the long?term cycle of the system switch between the “Open” and “Close” states(D)

Fig.4 Application of microreactor based on superhydrophilic nanochannel in a homogeneous reaction(A) Schematic diagram of adding Cu2+ to calcein solution to quench the fluorescence of calcein; (B) fluorescence spectra of calcein standard solutions with a series of concentrations; (C) fitting curve of calcein solution fluorescence intensity vs. concentration; (D) diffusion curve of calcein solution concentration with time under different gated states. The black line marks the degree of decrease in the concentration of the calcein solution; (E) in the "Open" state, the influence of the pore size of the AAO membrane on the concentration of calcein solution over time. The black line marks the degree of decrease in the concentration of the calcein solution.

Fig.5 Application of microreactor based on superhydrophilic nanochannel in a heterogeneous reaction(A) Schematic diagram of the ZIF-8 reaction between Zn2+ and 2-methylimidazole in the “Semi-open” state of the intelligent microreactor; (B) SEM images of the products of the “Control group”(B1), “Open”(B2) and “Semi-open”(B3), respectively; (C) three energy spectra(C1—C3) of the corresponding SEM images(B1—B3); (D) the histogram obtained by statistically calcula-ting the particle size of the products on the three SEM images. The inset is the structure of the product ZIF-8.

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