Blegemiddel-induceret transformation til luftfugtighedsholdbare luftfiltre

Tilsætning af hydroquinon, en hudblegende ingrediens, til en velkendt 'organisk metalramme' ændrer sine kobberioner på en måde, der gør dette porøse materiale usædvanligt stabilt i vand.

"Vi udviklede en ny metode til at forbedre vandstabiliteten i metalorganiske rammer, med potentiale for applikationer, der effektivt kan filtrere og rense luft fra ultrafint støv uden at dekomponere på grund af fugtighed, "siger DGIST -materialeforsker Nak Cheon Jeong. De koreanske forskere rapporterede deres fund i Journal of the American Chemical Society .

Metal organiske rammer (MOF'er) er fremstillet af metalioner bundet af organiske forbindelser. De samles på en måde, der fører til dannelsen af ​​interne burlignende strukturer, giver materialet dets porøse karakter. MOF'er har et imponerende overfladeareal sammenlignet med andre porøse materialer. Det er dette, og forskernes evne til at justere deres strukturer, der har ført til deres anvendelse i en lang række applikationer, herunder gasoptagelse, molekylseparation, levering af medicin, og katalyse. De fleste MOF'er nedbrydes i nærvær af fugtighed og vand, så forskere har ledt efter måder at gøre dem mere holdbare.

Jeong og hans kolleger fandt ud af, at behandling af en velkendt kobberbaseret MOF, kaldet HKUST-1, med hydroquinon ved 80 ° C gjorde materialet så stabilt, at det ikke nedbrydes efter ugers nedsænkning i vand eller endda efter to års eksponering for fugtig luft.

Kobberioner og deres organiske led i HKUST-1 samles til store og små bure med skovlhjulformede metalionknuder. Normalt, vandmolekyler fæstner til elementer i denne MOF, forskydning af bindinger mellem kobberioner og organiske forbindelser, og får materialet til at nedbrydes eller omdannes til et ikke-porøst fast stof. Hydroquinon behandling, på den anden side, fører til en meget stabil HKUST-1 i vand.

Jeong og hans team fandt ud af, at en enkelt elektron fra hydroquinon overføres til cupric ioner (Cu ₂ ⁺ ) inden for HKUST-1, ændre dem til kobberioner (Cu+). Denne ændring er selvbegrænsende:højst 30% af de ioner, der ændrer sig, ændrer sig på denne måde. Halvdelen af ​​Cu ⁺ ioner forbliver på deres positioner på HKUST-1's skovlhjulbure. Men den anden halvdel danner komplekser, der adskiller sig fra strukturen og bliver fanget i materialets mindre bure, som et skib i en flaske.

Yderligere undersøgelser er nødvendige for at forstå præcis, hvordan disse ændringer fører til en så væsentlig forbedring af HKUST-1's stabilitet i vand.

Jeong og hans team mener, at det samme koncept kunne anvendes på andre kobberbaserede paddlewheel MOF'er. De planlægger at foretage opfølgende undersøgelser af potentielle praktiske anvendelser til deres tilgang.