تهیه نانوچندسازه های گرافن- چارچوب فلز- آلی مبتنی بر بیسموت با روش کندگی لیزری در مایع و ویژگی های نوری و فعالیت پادباکتری آن ها

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 7، دوره 17، شماره 3، آذر 1402، صفحه 68-76   

نوع مقاله: پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/jacr.2023.1972796.2066

نویسندگان

نگار معتکف کاظمی^{* 1}؛ فریدون عطایی²؛ داود درانیان³

¹دانشیار گروه نانوفناوری پزشکی، دانشکده علوم و فناوری‌های نوین، علوم پزشکی تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

²دکتری تخصصی آزمایشگاه لیزر، مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

³استاد آزمایشگاه لیزر، مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

چکیده

       از روش کندگی لیزری تپی (PLA) برای نخستین بار برای سنتز نانوچندسازه‌های گرافن و چارچوب فلز-آلی مبتنی بر بیسموت
  (Bi-MOF) در محیط مایع استفاده شد. در این کار، نانوساختارهای Bi-MOF با کندگی لیزری یک هدف بیسموت به­عنوان مرکز اتصال، بنزن 5،3،1-تری­کربوکسیلیک اسید (BTC) به­عنوان یک لیگاند پل­زن، و متانول (MeOH) و دی­متیل­فرمامید (DMF) به­عنوان حلال سنتز شدند. در مرحله نخست سه نمونه نانو ساختار Bi-MOF در سه غلظت متفاوت لیگاند تولید شد. سپس نانوچندسازه­های گرافن MOF- با کندگی لیزر تپی Nd:YAG از هدف گرافیت در سه نمونه نانوساختار Bi-MOF به­دست­آمده، تولید شد. نانوچندسازه­ها با پراش پرتو ایکس (XRD) برای مطالعه ساختار بلوری، طیف­سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) برای تعیین گروه­های عاملی، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) برای ریخت­شناسی، طیف‌سنجی مرئی-فرابنفش (UV-Vis) برای تعیین فاصله نوار ارزیابی شدند. فعالیت پادباکتری نمونه­ها در برابر باکتری اشرشیاکلی (E. coli) به­عنوان باکتری گرم منفی و استافیلوکوکوس اورئوس (S. aureus) به­عنوان باکتری گرم مثبت بررسی شد. برپایه نتیجه­ها، کندگی لیزر تپی روشی دوستدار محیط­زیست و قادر به تولید نانوچندسازه­های گرافن­-­MOF در مدت زمان کوتاه است. این نانوساختارها می‌توانند کاربردهای گسترده‌ای از جمله در بی­اثرسازی باکتری­های مضر داشته باشند.

کلیدواژه‌ها

کندگی لیزر؛ چارچوب فلز-آلی؛ گرافن؛ نانوچندسازه

مراجع

[1] Yan Z, Chrisey DB. Pulsed laser ablation in liquid for micro-/nanostructure generation. J. Photochem. Photobiol. 2012;13(3):204-223. doi: 10.1016/j.jphotochemrev.2012.04.004

[2] Zhang D, Li Z, Sugioka K. Laser ablation in liquids for nanomaterial synthesis: Diversities of targets and liquids. Journal of Physics: Photonics. 2021;3(4):042002. doi: 10.1088/2515-7647/ac0bfd

[3] Kitagawa S, Matsud R. Chemistry of coordination space of porous coordination polymers. Coord. Chem. Rev. 2007;251:2490-2509. doi: 10.1016/j.ccr.2007.07.009

[4] Ferey G. Hybrid porous solids: past, present, future. Chem. Soc. Rev. 2008;37:191–214. doi: 10.1039/B618320B

[5] Shyngys M, Ren J, Liang X, Miao J, Blocki A, Beyer S. Metal-organic framework (MOF)-based biomaterials for tissue engineering and regenerative medicine. Front. Bioeng. Biotechnol. 2021;9:1-9. doi: 10.3389/fbioe.2021.603608.

[6] Miri B, Motakef-Kazemi N, Shojaosadati SA, Morsali A. Application of a nanoporous metal organic framework based on iron carboxylate as drug delivery system. Iran J Pharm Res. 2018;17(4):1164-1171.

[7] Hu Z, Deibert BJ, Li J. Luminescent metal–organic frameworks for chemical sensing and explosive detection. Chem Soc Rev. 2014;43:5815–5840. doi: 10.1039/C4CS00010B

[8] Vardali SC, Manousi N, Barczak M, Giannakoudakis DA. Novel approaches utilizing metal-organic framework composites for the extraction of organic compounds and metal traces from fish and seafood. Molecules. 2020;25:513. doi: 10.3390/molecules25030513

[9] Jensen S, Tan K, Lustig W, Kilin D, Li J, Chabal YJ, Thonhauser T. Quenching of photoluminescence in a Zn-MOF sensor by nitroaromatic molecules. J. Mater. Chem. C. 2019;7:2625-2632. doi: 10.1039/C8TC06281A

[10] Sun H, Cong S, Zheng Z, Wang Z, Chen Z, Zhao Z. Metal–organic frameworks as surface enhanced raman scattering substrates with high tailorability. J. Am. Chem. Soc. 2019;141:870−878. doi: 10.1021/jacs.8b09414

[11] Ghourchian F, Motakef-Kazemi N, Ghasemi E, Ziyadi H. Zn-based MOF-chitosan-Fe₃O₄ nanocomposite as an effective nano-catalyst for azo dye degradation. J Environ Chem Eng. 2021;9(6):106388. doi:  10.1016/j.jece.2021.106388

[12] Stavila V, Talin AA, Allendorf MD. MOF-based electronic and opto-electronic devices. Chem. Soc. Rev. 2014;43:5994-6010. doi: 10.1039/C4CS00096J

[13] Mehmandoust MR, Motakef-Kazemi N, Ashouri F. Nitrate adsorption from aqueous solution by metal–organic framework MOF-5. Iran. J. Sci. Technol. A. 2019;43(2):443–449. doi: 10.1007/s40995-017-0423-6

[14] Musyoka NM, Ren J, Langmi HW, North BC, Mathe M, Bessarabov D. Synthesis of rGO/Zr-MOF composite for hydrogen storage application. J Alloy Compd. 2017;724:450-455. doi: 10.1016/j.jallcom.2017.07.040

[15] Li JR, Sculley J, Zhou HC. Metal–organic frameworks for separations. Chem Rev. 2012;112:869–932. doi: 10.1021/cr200190s

[16] Motakef-Kazemi N, Rashidian M, Taghizadeh Dabbagh S, Yaqoubi M. Synthesis and characterization of bismuth oxide nanoparticle by thermal decomposition of bismuth-based MOF and evaluation of its nanocomposite. IJCCE. 2020;40(1):11-19. doi: 10.30492/ijcce.2019.37263

[17] Wyszogrodzka G, Marszałek B, Gil B, Dorożyński P. Metal-organic frameworks: Mechanisms of antibacterial action and potential applications. Drug Discov. 2016;21(6):1009-1018. doi: 10.1016/j.drudis.2016.04.009

[18] Stock N, Biswas S. Synthesis of metal-organic frameworks (MOFs): Routes to various MOF topologies, morphologies, and composites. Chem. Rev. 2012;112(2):933-969. doi: 10.1021/cr200304e

[19] Motakef-Kazemi N, Ataei F, Dorranian D. Synthesis and evaluation of copper–imidazole MOF nanostructures and its graphene nanocomposites by pulsed laser ablation method in liquid. Optical and Quantum Electronics. 2023;55:921. doi: 10.1007/s11082-023-04775-z

[20] Ataei F, Dorranian D, Motakef-Kazemi N. Synthesis of MOF-5 nanostructures by laser ablation method in liquid and evaluation of its properties. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2021;32:3819-3833. doi:  10.1007/s10854-020-05126-4

[21] Ataei F, Dorranian D, Motakef-Kazemi N. Bismuth-based metal–organic framework prepared by pulsed laser ablation method in liquid. JTAP. 2020;14:1-8. doi: 10.1007/s40094-020-00397-y

[22] Campello SL, Gentil G, Júnior SA, de Azevedo WM. Laser ablation: A new technique for the preparation of metal-organic frameworks Cu₃(BTC)₂(H₂O)₃. Mater. 2015;148:200-203. doi: 10.1016/j.matlet.2015.01.159

[23] Maria Menezes Madeiro da Costa O. de Azevedo WM. Highly luminescent metal organic framework Eu(TMA)(H₂O)₄ materials prepared by laser ablation technique in liquid. J Lumin. 2016;170:648-653. doi: 10.1016/j.jlumin.2015.09.004

[24] Ribeiro EL, Davari SA, Hu S, Mukherjee D, Khomami B. Laser-induced synthesis of ZIF-67: A facile approach for the fabrication of crystalline MOFs with tailored size and geometry. Mater Chem Front. 2019;3:1302-1309. doi: 10.1039/C8QM00671G

[25] Abdi S, Dorranian D. Effect of CTAB concentration on the properties of ZnO nanoparticles produced by laser ablation method in CTAB solution. Opt Laser Technol. 2018;108:372-377. doi: 10.1016/j.optlastec.2018.07.009

[26] Solati E, Dorranian D. Effect of temperature on the characteristics of ZnO nanoparticles produced by laser ablation in water. Bull Mater Sci. 2016; 39:1677–1684. doi: 10.1007/s12034-016-1315-7

[27] Ebrahim Jasbi N, Solati E, Dorranian D. Role of laser fluence in decoration of graphene nanosheets with TiO₂ nanoparticles by pulsed laser ablation method. J. Alloys Compd. 2021;861:157956. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.157956

[28] Zhanga K, Xieb A, Sunb M, Jiangc W, Wub F, Dong W. Electromagnetic dissipation on the surface of metal organic framework (MOF)/reduced graphene oxide (RGO) hybrids. Mater Chem Phys. 2017;199:340-347. doi: 10.1016/j.matchemphys.2017.07.026

[29] Wang Z, Zeng Z, Wang H, Zeng GM, Xu P, Xiao R, Huang D, Chen S, He Y, Zhou C, Cheng M, Qin H. Bismuth-based metal–organic frameworks and their derivatives: Opportunities and challenges. Coord. Chem. Rev. 2021;439:213902. doi: 10.1016/j.ccr.2021.213902

[30] Wang QX, Li G. Bi(iii) MOFs: syntheses, structures and applications. Inorg. Chem. Front. 2021;8:572-589. doi: 10.1039/D0QI01055C

[31] Wang G, Liu Y, Huang B, Qin X, Zhang Z, Dai Y. A novel metal–organic framework based on bismuth and trimesic acid: Synthesis, structure and properties. Dalton Trans. 2015;44:16238. doi: 10.1039/C5DT03111G

[32] Çiplak Z, Yildiz N, Çalimli A. Investigation of graphene/Ag nanocomposites synthesis parameters for two different synthesis methods. Fuller. Nanotub. Car N. 2014;3(4):361-370. doi: 10.1080/1536383X.2014.894025

[33] Tuz Johra F, Wook Lee J, Jung WG. Facile and safe graphene preparation on solution based platform. J Ind Eng Chem. 2014;20(5):2883–2887. doi: 10.1016/j.jiec.2013.11.022

[34] Siburian R, Sihotang H, Lumban Raja S, Supeno M, Simanjuntak C. New route to synthesize of graphene nano sheets. Orient. J. Chem. 2018;34(1):182-187. doi: 10.13005/ojc/340120

[35] Ganash EA, Al-Jabarti GA, Altuwirqi RM. he Synthesis of carbon-based banomaterials by pulsed laser ablation in water. Mater Res Express. 2020;7:015002. doi: 10.1088/2053-1591/ab572b

[36] Kaczmarek A, Hoffman J, Morgiel J, Mo´scicki T, Stobinski L, Szymanski Z, Małolepszy A. Luminescent carbon dots synthesized by the laser ablation of graphite in polyethylenimine and ethylenediamine. Materials. 2021;14:729. doi: 10.3390/ma14040729

[37] Makuła P, Pacia M, Macyk W. How to correctly determine the band gap energy of modified semiconductor photocatalysts based on UV–Vis spectra. J Phys Chem Lett. 2018;9:6814-6817. doi:  10.1021/acs.jpclett.8b02892

[38] Hajiashrafi S, Motakef-Kazemi N. Preparation and evaluation of ZnO nanoparticles by thermal decomposition of MOF-5. Heliyon. 2019;5:e02152. doi: 10.1016/j.heliyon.2019.e02152