En bedre måde at producere metal-organiske rammer

Metal-organiske rammer er porøse materialer, der kan absorbere utrolige mængder stoffer, og forskere håber at kunne bruge dem til at tørre op forurenende stoffer eller som en del af brændselsceller, der lagrer hydrogengas.

Nu, Kemikere fra University of Michigan har udviklet en enklere og mere effektiv metode til fremstilling af metal-organiske rammer i stor skala, der gør MOF'erne så porøse som muligt. Faktisk, et enkelt gram MOF produceret af kemikerne kan opsuge en fodboldbanes materiale, hvis materialet blev lagt i et enkelt lag på tværs af feltet.

MOF'er er porøse materialer fremstillet af metalgrupper, der er forbundet med organiske molekyler - forestiller stik og stænger i Tinkertoys. Denne konstruktion skaber strukturer med meget høje overfladearealer.

For eksempel, MOF'er kunne bruges til at rense lægemidler fra vand ved at tiltrække lægemidlets molekyler og få dem til at klæbe til MOF's indvendige strukturer, i en proces kaldet "adsorption". Jo højere overfladeareal en MOF har, jo mere materiale det kan adsorbere.

Men disse egenskaber kommer ikke let, siger Adam Matzger, undersøgelsens hovedforfatter og UM professor i kemi og makromolekylær videnskab og teknik.

MOF'er dannes ofte i opløsningsmidler, der kun koger af ved meget høje temperaturer. For at gøre en MOF porøs, kemikere skal "aktivere" MOF'erne ved at fjerne dette opløsningsmiddel. Det er generelt blevet gjort ved at bade dem i forskellige opløsningsmidler, der har lave kogepunkter i timer eller dage, udveksling af det ene opløsningsmiddel med det andet i MOF.

Det er også svært at fjerne alle erstatningsopløsningsmiddelmolekylerne, der tilstopper MOF'erne, som blev placeret der ved aktiveringsprocessen. En del af problemet, Matzger siger, er, at udskiftningsopløsningsmidlerne havde en tendens til at have en høj overfladespænding. Når du trækker disse opløsningsmidler ud af MOF'erne, opløsningsmidlet klæber til de sarte strukturer i MOF og kan ødelægge dem.

"Når du fjerner noget med en høj overfladespænding fra en MOF, den trækker i den pore og har en tendens til at få den til at falde sammen, "sagde han." Ved at gå ultra lav overfladespænding, det kan vi undgå. "

Tidligere har kemikere havde brugt det, der kaldes superkritisk kuldioxid, eller kuldioxid i en hybrid væske/gasfase, holdes under en bestemt temperatur og tryk.

"Men det er en smerte at bruge, "Sagde Matzger." Du skal holde det under meget højt pres, og det kræver specialudstyr. Det er ikke fantastisk at producere MOF'er i større skala. "

Teamet opdagede også, at udskiftning af opløsningsmidler er ekstremt hurtig, og at opløsningsmidler med ultra-lave overfladespændinger med succes kan aktivere MOF'er. To sarte, stærkt porøse MOF'er, UMCM-9 og FJI-1, kan opnå maksimalt overfladeareal ved hjælp af opløsningsmidler såsom n-hexan eller perfluoropentan. Disse opløsningsmidler aktiverer MOF'er på få minutter, tillader dem at overgå fra nysgerrighedsobjekter i laboratoriet til den næste generation af industrielt vigtige adsorbenter.

"Vi synes, det er et meget let alternativ, "Matzger sagde." Du kan bruge opløsningsmidler fra hylden i stedet for specialiseret superkritisk kuldioxid. "