Nye molekylsigter

Et internationalt team af forskere har for nylig syntetiseret polyarylether-baserede kovalente organiske rammer, det mest stabile krystallinske porøse materiale nogensinde. Holdet, som omfatter University of Delaware's Yushan Yan og Jilin University's Qianrong (Frank) Fang, en tidligere postdoc hos Yan ved UD, beskrev deres resultater i det internationale videnskabelige tidsskrift Naturkemi .

Nogle materialer fungerer som sigter og lader molekyler passere gennem deres porer. Disse materialer, kendt som molekylsigter, er nyttige i mange industrielle processer, især inden for kemi- og energisektoren. De kan bruges til at fjerne forurenende stoffer fra vandet. De har også fået opmærksomhed på potentielle anvendelser inden for luftfart, jernbanetransport, bilproduktion og mere, men indtil videre, deres anvendelser er blevet begrænset af deres ustabilitet under ekstreme forhold.

Yan, den fremtrædende ingeniørprofessor i Institut for Kemisk og Biomolekylær Teknik, har undersøgt krystallinske porøse materialer såsom zeolit ​​siden sin doktorgradsforskning i de tidligere 1990'ere. Han vandt Donald Breck Award, den højeste pris fra International Zeolite Association i 2010 for hans zeolit ​​tyndfilm arbejde. Da Fang sluttede sig til sin gruppe i 2009, parret begyndte at udforske en ny klasse af krystallinske porøse materialer kaldet kovalente organiske rammer, som er forbundet med kovalente bindinger, vise stort løfte, men er til tider begrænset af tilgængelig kemi og deres ustabilitet under barske forhold, såsom stærke syrer og baser.

Yan og Fang var de første til at lave kovalente organiske rammer ved hjælp af stabil kulstof-nitrogenbinding (imid), og de har siden, først på UD og derefter på Jilin University, efter at Fang forlod UD for at tage en prestigefyldt fakultetsstilling tilbage i Kina, arbejdet på at udvikle kovalente organiske rammer baseret på kulstof-iltbindinger. De forventede, at disse materialer ville være stabile - hvis de bare kunne lave dem.

For at gøre det, de lavede rammer ud af polyarylether, en meget stabil konstrueret plast. Ved omhyggeligt at designe skeletterne baseret på nye stabile bindinger, de lavede et materiale, der var mere stabilt end noget andet af sin slags.

"Når du har carbon-ilt-bindingen, dette porøse materiale er stabilt i stærk syre, stærke baser, og stærke oxidanter, "sagde Yan. Rammerne er også stabile op til 400 grader Celsius." Blandt porøse krystallinske materialer, organisk eller uorganisk, dette er den mest stabile. "

Til næste trin, forskergruppen lavede polyaryletherbaserede kovalente organiske rammer, der kunne sive antibiotikarester ud af vand i en pH-værdi fra 1 til 13.

I avisen, forskergruppen konkluderede:"Disse stabile COF'er [kovalent-organiske rammer] er en perfekt platform til fremstilling af funktionelle materialer, der kan bruges under ekstreme kemiske miljøer."