Ufuldkommenhed er OK for bedre MOF'er

Perfekte krystaller er ikke nødvendigvis de mest nyttige. Defekter i den ordnede krystallinske struktur af metal-organiske rammer (MOF'er) kan skræddersy disse alsidige materialer til specifikke applikationer. KAUST-forskere har allerede udviklet en banebrydende metode til at afbilde defekterne ved hjælp af transmissionselektronmikroskopi. De rapporterer nu, at skabe specifikke defekter, visualisere dem, og at undersøge deres kemiske virkninger tager udforskningen af ​​MOF'er til nye niveauer af detaljer og kontrol.

MOF'er indeholder regelmæssigt adskilte metalliske klynger forbundet med kulstofbaserede organiske linkergrupper. Variering af metallerne i klyngerne og strukturen af ​​linkerne skaber en enorm mangfoldighed af MOF'er med varierende porenetværk og forskellige kemiske egenskaber. To af de vigtigste applikationer, som MOF'er udvikles til, er til brug som katalysatorer og som meget selektive gasadsorptions- og separationsmaterialer.

MOF'er er et af de hotteste områder inden for kemisk forskning, og KAUST-forskere arbejder hårdt på at forblive i front. Det seneste fremskridt bygger på en lang række opdagelser og har involveret tre KAUST forskningscentre, KAUST Core labs og samarbejdspartnere i Kina og Storbritannien.

"Den største overraskelse, vi afslører, er, at der er forskellige defekter i næsten alle MOF'er, selv dem, der tidligere blev anset for at være perfekte, siger forsker, Yu Han fra KAUST Advanced Membranes and Porous Materials Center.

Han forklarer, at det er udfordrende at undersøge defekterne, fordi MOF-krystaller er skrøbelige og let beskadiges af elektronstrålerne, der bruges i konventionel elektronmikroskopi. KAUST-teamet har overvundet dette problem ved at bruge et meget følsomt elektrontællekamera, kombineret med en række specialdesignede billedbehandlingsmetoder.

Denne nye evne til at kigge direkte ind i en MOF på et højt opløsningsniveau afslører, at to typer defekter kan eksistere side om side, på grund af manglende metalliske klynger og manglende linkere. "Sådanne detaljer kunne ikke ses før vores arbejde, " siger Han.

Forskerne undersøgte også at skabe defekter i MOF'er med kemisk behandling og overvågning af, hvordan mønsteret af defekter udvikler sig. Dette demonstrerer potentialet til at finjustere defekterne for at manipulere de kemiske egenskaber af en MOF.

KAUST-teamet har demonstreret styrken af ​​denne strategi ved at finde ud af, at en specifik MOF med manglende klyngedefekter er mere katalytisk aktiv end en med manglende linkerdefekter.

Forskerne arbejder nu på at forfine deres billedbehandlingsteknik yderligere og anvende den på større krystaller. "Vi håber at afsløre flere ubekendte om MOF'er for at optimere deres applikationer, " siger Han.