2를 이용한 수은이온의 분리

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11287(2023) 이 기사 인용

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2-Thienylbenzimidazole(TBI)/cucurbit[7]uril(CB7) 호스트-게스트 복합체는 오염된 물 샘플에서 독성 수은 이온을 분리하는 데 잠재적으로 적용할 수 있도록 γ-Fe3O4 자성 나노입자의 회전율을 크게 향상시키는 모티프로 사용되었습니다. 원래의 고체 물질을 복원하는 메커니즘은 CB7 호스트의 pH 제어 우선적 결합을 TBI 게스트에 적용하는 것을 기반으로 합니다. 이 개념의 분석적 적용은 문헌에서 실현되지 않았습니다. pH 조절 자극 반응 능력은 중성 TBI/CB7 복합체와 비교했을 때 양성자화된 TBIH+/CB7 복합체(예: K = 4.8 x 108 M-1)의 3배 더 높은 안정성 상수에 의해 수용액에서 확인되었습니다. (예: K = 2.4 × 105 M−1), 또한 바닥 상태에서 pKa 값이 ~ 3.3 단위 증가하는 것으로 나타납니다. 산화철 나노입자(NP)에 대한 초분자 상호작용 및 흡착도 고체 상태에서 분광학적으로 확인되었습니다. TBI/CB7NP의 여기 상태 수명 값은 극성 효과로 인해 ~25nm의 청색 이동이 수반되면서 pH 값(예: 0.6에서 1.3ns로)을 낮추면 증가했습니다. CB7 존재 시 최종 고체의 시간 분해 광발광 거동은 독성 수은 이온을 포착하기 위한 pH 기반 재사용 가능 시스템을 보장합니다. 이 연구는 외부 자석을 사용하고 자성 표면 상단의 게스트 분자에 대한 호스트의 우선적 결합을 통해 pH에 반응하여 수은 이온의 제어 가능한 분리를 위한 독특한 접근 방식을 제공합니다.

최근 자극 반응 및 전환 기능을 갖춘 나노 구조 재료의 가장 중요한 개발은 초분자 호스트-게스트 화학을 사용하여 달성되었습니다. 합성 위험을 우회하기 위해 연구자들은 전통적인 유기 공유 결합4,5,6,7,8,9,10에 대한 비공유 상호 작용에 중점을 둡니다. 비공유 상호작용(예: 쌍극자-쌍극자 상호작용, 반 데르 발스 상호작용 및 수소 결합)은 작은 유기 분자(게스트)가 거대고리 호스트를 포함하는 나노공동 내부에 유지되는 호스트-게스트 초분자 접근법 내에서 선도적인 역할을 했습니다4,5 ,6,7,8,9,10. 비공유 상호작용의 특이성에 영감을 받아 우리는 수질 모니터링을 위한 호스트-게스트 기반 고급 재료 개발을 연구했습니다11,12,13.

작은 형광 분자와 상호작용하기 위한 쿠커비투릴(CBn, n = 6, 7, 8, 10; 그림 1)의 적용은 쿠커비투릴이 벤즈이미다졸과 같은 내장 게스트의 pKas(양성자화 상태)를 조절하는 문헌에서 실현되었습니다. 결과적으로, CBn에 의해 유도된 pKa 이동은 게스트 분자의 격리 및 방출에 대한 pH 기반 제어를 확립하는 것으로 나타났습니다. pH 자극에 대한 게스트 보유 및 방출은 또한 자극 반응성 나노구조 물질을 구성하는 데 활용되었습니다.

pH 제어 TBI/CB7 로드 NP의 도식적 표현. 형광 프로브 TBI와 쿠커비투릴 거대고리인 CB7의 화학 구조도 표시됩니다. 위치 3의 질소의 양성자화/탈양성자화에 따라 배위 리간드의 두 가지 형태, 즉 TBI와 TBIH+가 존재할 수 있습니다.

또 다른 관점에서 보면, CB7에 의해 캡슐화된 염료는 약물 전달18 자기 공명 영상20 및 태양 전지 재료19 제조를 위해 금속 나노입자17,18,19,20,21 표면에 흡착되었습니다. 산화철 자성 나노입자(γ-Fe3O4)는 화학적 검출 및 감지22용으로 특별히 활용되었습니다. 이는 전환을 위한 트리거로 수용성 사이클로덱스트린과 용매를 사용하여 수은 감지에 사용되었습니다11.

이 연구에서 우리는 벤즈이미다졸 기반 형광 염료(2-thienylbenzimidazol) TBI를 캡슐화하는 나노컨테이너 CB7로 코팅된 pH 반응성 산화철 나노입자(NP) 표면을 시연했습니다(그림 123). 따라서 현재의 초분자 기반 나노물질 접근 방식은 다음과 같습니다. (용매를 사용하는 것과는 반대로) pH 유발 요인에 반응하여 이러한 고체 물질을 반복적으로 사용할 가능성이 훨씬 더 높습니다11.