Surface modification of Zn/Cr layered double hydroxides with 3-aminopropyltriethoxysilane by Covalent Bonding

Abstract

본 연구에서 중점적으로 시도한 연구는 LDHs 표면을 여러 가지 화합물들이 결합할 수 있는 표면으로 개질(modification) 하는 것이었다. 표면을 개질하기 위해서 bridge 역할을 할 수 있는 coupling reagent인 3-aminopropyltriethoxysilane (H_(2)N(CH_(2))_(3)Si(OC_(2)H_(5))_(3): 이하 APTES로 표기)와 LDHs표면을 유기 용매 상에서 반응시켰다. LDHs 층 사이의 DS 이온은 첨가한 cationic surfactant인 cetyltrimethylammonium bromide ([C_(16)H_(33)N(CH_(3))_(3)]^(+) : 이하 CTAB로 표기)와 반응하여 친유성 염을 이루게 되고 유기 용매로 용출되어 나오게 된다. 동시에 APTES가 그 자리에 치환되어 들어가면서 수산 화기 사이에 공유 결합인 oxane bond (M-O-Si (M=Zn, and Cr))를 만들게 된다. 반응에 쓰인 유기 용매의 극성이 표면 개질하는 반응에 영향을 주게 된다. 무극성 유기 용매에서 반응시키면 공유 결합된 APS만 층 사이에 남게 되고, 극성 유기 용매에서 반응시켰을 때는 공유결합한 APS와 층간 삽입된 DS 이온이 함께 LDHs의 층 사이에 존재하게 된다. 층 간격은 Powder X-ray를 통해서 확인하였고, LDHs의 표면 위의 APS 이온의 Si 원자 결합 형태는 고체 상태 Si^(29) NMR로 확인하였다. APS가 존재함은 FT-IR과 Ninhydrin test의 Ruhemann's purple을 UV-Vis spectra 로 확인하였다.;Interlayer surface modified Zn/Cr layered double hydroxides (LDHs) were obtained by reacting (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES) with hydroxyl groups of LDHs in organic solvent. The procedure of reaction was that the salts formed between dodecylsulfate (DS^(-)) anionic and cetyltrimethylammonium (CTA^(+)) cationic surfactant in interlayers of LDHs were extracted into organic phase. And then APTES were simultaneously replaced and covalent bonds with surface of LDHs were formed. Polarity of the organic solvents used affects the reaction between host and guest species. When the reaction was occurred in nonpolar solvent, only covalently bonded APS moieties were observed between layers. However, the reaction was occurred in polar solvent, the covalently bonded APS moieties together with intercalated DS ions were observed between layers. The basal spacing conditions were characterized by powder X-ray diffraction. The chemical environments of silicon atoms of the APS on the LDHs’ surface are characterized by ^(9)Si CP/MAS NMR experiments. Presence of the APS is confirmed by FT-IR and UV-vis spectrometric detection of Ruhemann’s Purple in ninhydrin test. TEM is used to analyse the layered morphology of LDHs.