Meget resorptive metal-organiske rammer

Gasser og forurenende stoffer kan filtreres fra luft og væsker ved hjælp af porøse, krystallinske materialer, såsom metal-organiske rammer (MOF'er). For yderligere at opdele disse porer og forbedre deres sorptionskapacitet, et team af forskere har udviklet en hurtig og alsidig to-i-en syntetisk strategi, kombinerer metalkoordination med den kovalente kemi af lette elementer. Som beskrevet i en undersøgelse i tidsskriftet Angewandte Chemie , det nye pore-space-opdelte materiale kunne bruges som et yderst effektivt adsorbent af ammoniak.

Strukturen af ​​MOF'er er et koordinerende netværk af metaller med organiske linkere, som opbygger et stort og symmetrisk tredimensionelt porøst netværk. Gasser kan diffundere ind og ud af porerne. En gang i en MOF, gasmolekyler adsorberer ved adsorptionssteder tilvejebragt af metalionerne og linkermolekylerne. Imidlertid, små gasmolekyler som CO ₂ , acetylen, og ammoniak behøver ikke store porer for at blive fanget, og det viser sig, at nogle gange kan et tættere netværk og flere adsorptionssteder forbedre kapaciteten af ​​en MOF.

Derfor, et team af forskere ledet af Pingyun Feng ved University of California, USA, forsøgte at opdele porerne med kovalente ligander - spacermolekyler, der samles gennem kemiske reaktioner. Partitionering har den yderligere fordel, at det kan gøre MOF mere stabil. Ustabilitet er en af ​​grundene til, at MOF'er ikke har fundet udbredt brug endnu, selvom de er langt mere effektive gassorptionsmaterialer end, for eksempel, zeolitter og aktivt kul.

Fengs hold, herunder kandidatstuderende Yanxiang Wang, valgte det aromatiske molekyle pyridin-4-boronsyre som et opdelingsmolekyle. Dette er en usædvanlig ligand. Det kombinerer to forskellige lyselementer med komplementær reaktivitet:bor er en Lewis -syre og har en tendens til at fange agenter med høj elektrontæthed, mens pyridin-nitrogenet er en Lewis-base, der søger efter Lewis-syrer at reagere med. Under normale forhold, disse molekyler ville simpelthen angribe hinanden og forårsage mange ikke-målrettede reaktioner.

Imidlertid, dette skete ikke her, fordi forfatterne integrerede pyridin-4-boronsyre-reaktionen i den metal-koordineringsreaktion, der bygger MOF op. Både kovalente og koordinative reaktioner virkede synergistisk og beskyttede pyridin-4-boronsyren mod sidereaktioner. Der blev dannet en trimer, som passede pænt ind i de sekskantede porer i MOF. Resultatet var en MOF med et integreret kovalent organisk netværk, eller "pore-space partitioned MOF", giver mange nye websteder til gasadsorption.

Forskerne syntetiserede flere af disse MOF'er, hver med en forskellig kombination af metaller og organiske ligander. De nye pore-space-opdelte MOF'er viste bedre gasoptagelser end dem, der var uopdelte. I øvrigt, de eksponerede bor-Lewis-syresteder i delingsliganderne tillod ammoniakoptagelse med en høj pakningsdensitet. Dette arbejde præsenterer et fremskridt inden for MOF -syntese og ydeevne. Reaktioner, der ikke blev anset for at være mulige - såsom pæn trimerisering af en pyridineboronsyre - opnås og kan føre til yderst nyttige komponenter.