In this research, azide functionalized nanoparticles are prepared by grafting azide-end ligands on the surface of nanoparticle. Azide functionalized nanoparticles are coupled with specific designed polymers and functionalized graphene oxide by using click chemistry.
In chapter 2, thermally stable core??shell gold nanoparticles (Au NPs) with highly grafted polymer shells were synthesized by combining reversible addition-fragmentation transfer (RAFT) polymerization and click chemistry of copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC). First, alkyne-terminated poly(4-benzylchloride-b-styrene) (alkyne-PSCl-b-PS) was prepared from the alkyne-terminated RAFT agent. Then, an alkyne-PSCl-b-PS chain was coupled to azide-functionalized Au NPs via the CuAAC reaction. Careful characterization using FTIR, UV??Vis, and TGA showed that PSCl-b-PS chains were successfully grafted onto the Au NP surface with high grafting density. Finally, azide groups were introduced to PSCl-b-PS chains on the Au NP surface to produce thermally stable Au NPs with crosslinkable polymer shell (Au-PSN3-b-PS 1). To demonstrate the importance of having the highly packed polymer shell on the nanoparticles, Au-PSN3-b-PS 1 particles were added into the PS and PS-b-poly(2-vinylpyridine) matrix, respectively. Consequently, it was found that Au-PSN3-b-PS 1 nanoparticles were well dispersed in the PS matrix and PS-b-P2VP matrix without any aggregation even after annealing at 220 ??C for 2 days. Our simple and powerful approach could be easily extended to design other core??shell inorganic nanoparticles.
In chapter 3, CuPt nanorods with controlled size, aspect ratio and uniformity were carefully chosen and synthesized. Then, the surface of CuPt nanorods are modified by simple ligand exchange method using azide-functionalized ligands with a thiol end-group. It is well-known that the thiol group has a much stronger affinity to many metal surfaces including Au, Ag, Pt, etc than oleylamine and oleic acid. Subsequently, it was coupled to alkyne-functionalized GO via the click chemistry to produce CuPt-GO composite with controlled nanoparticle size and morphology on the GO sheets. Also, CuPt nanorods with various aspect ratios ranging from 1 to 11 on the GO. It was found that CuPt nanorods were distributed over the GO surface independent of aspect ratios and size of CuPt nanorods. To demonstrate the stability of nanorods, their catalytic properties in the water phase were investigated using a peroxidase-like reaction of o-phenylenediamine(OPD) oxidation.
본 실험에서는 끝에 아자이드기가 달린 리간드를 이용해서 나노입자의 표면을 아자이드기로 기능화하였다. 아자이드기로 기능화된 나노입자는 클릭 화학을 이용하여, 고분자나 그래핀 옥사이드에 붙일 수 있었다.
제 2장에서는, 열적으로 안정하면서 고분자가 높은 밀도로 덮인 금 나노입자를 RAFT 중합법과 클릭 화학을 이용하여 합성하였다. 만들어진 나노입자는 FTIR, UV-Vis, TGA 등을 통해서 분석하였다. 또한 금 나노입자를 PS와 PS-b-P2VP 고분자 매트릭스에 넣고 나노입자의 거동을 확인하였다. 그리고 클릭 화학으로 만들어진 금 나노입자의 경우에는, 기존의 “Grafting to” 방법에 비해서 고분자가 높은 밀도로 덮고 있기 때문에, PS-b-P2VP 고분자 매트릭스에서 나노입자들이 PS 도메인 영역에 많이 위치함을 확인할 수 있었다. 더불어, 금 나노입자를 고온에서 오랜시간동안 가열을 했을 때에도 금 나노입자의 크기가 변하지 않은 것을 통해 나노입자가 열적으로 안정함을 확인하였다.
제 3장에서는, 크기와 모양이 잘 조절된 CuPt 나노막대기를 합성하고, 이를 클릭 화학을 이용하여 그래핀 옥사이드 표면에 붙였다. CuPt 나노막대기는 아자이드기가 달린 리간드를 리간드 익스체인지 방법을 이용해서 아자이드로 기능화하였다. 그래핀 옥사이드의 경우에는 카르복실산을 SOCl2와 Propargyl Alcohol을 이용해서 알카인기로 기능화하였다. CuPt 나노막대기의 아자이드기와 그래핀 옥사이드의 알카인기를 구리 촉매하에서 클릭 반응을 진행하여 CuPt-GO를 합성하였다. 합성된 CuPt-GO는 TEM, XPS 그리고 FTIR을 통해서 분석하였다. CuPt-GO의 촉매적 특성을 알아보기 위해 물에서 o-phenylenediamine이 H2O2와 만나서 2,3 diaminophenazine을 형성하는 반응을 이용하였다. UV-Vis를 통해서 CuPt-GO는 물에서 촉매로써 작용하여 2,3 diaminophenazine의 형성을 촉진시킨다는 것을 확인하였다.
