Tilføjelse af en polymer stabiliserer sammenfaldende metal-organiske rammer

Metalorganiske rammer (MOF'er) er en særlig klasse af svampelignende materialer med porer i nanostørrelse. Nanoporerne fører til rekordstore indre overfladeområder, op til 7800 m ² på et enkelt gram. Denne funktion gør MOF'er ekstremt alsidige materialer med flere anvendelsesmuligheder, såsom adskillelse af petrokemikalier og gasser, efterligner DNA, brintproduktion og fjernelse af tungmetaller, fluoranioner, og endda guld fra vand - for at nævne nogle få.

En af de vigtigste funktioner er porestørrelse. MOF'er og andre porøse materialer klassificeres baseret på diameteren af ​​deres porer:MOF'er med porer op til 2 nanometer i diameter kaldes "mikroporøse, " og alt over det kaldes "mesoporøst." De fleste MOF'er i dag er mikroporøse, så de er ikke nyttige i applikationer, der kræver, at de indfanger store molekyler eller katalyserer reaktioner mellem dem - dybest set, molekylerne passer ikke til porerne.

Så for nylig, mesoporøse MOF'er er kommet i spil, fordi de viser meget lovende i applikationer med store molekyler. Stadig, de er ikke problemfrie:Når porestørrelserne kommer ind i det mesoporøse regime, de har en tendens til at falde sammen. Forståeligt nok, dette reducerer det indre overfladeareal af mesoporøse MOF'er og, med det, deres overordnede anvendelighed. Da et stort fokus på området er at finde innovative måder at maksimere MOF overfladearealer og porestørrelser, håndtering af det kollapsende problem er topprioritet.

Nu, Dr. Li Peng, en postdoc ved EPFL Valais Wallis, har løst problemet ved at tilføje små mængder af en polymer til de mesoporøse MOF'er. Fordi polymeren åbner MOF-porerne, tilføjede det øgede de tilgængelige overfladearealer dramatisk fra 5 til 50 gange. Undersøgelsen blev ledet af forskergruppen af ​​Wendy Lee Queen, i samarbejde med laboratorier af Berend Smit og Mohammad Khaja Nazeeruddin ved EPFLs Institut for Kemividenskab og Ingeniørvidenskab (ISIC).

Efter at have tilføjet polymeren til MOF'erne, deres høje overfladearealer og krystallinitet blev opretholdt selv efter opvarmning af MOF'erne ved 150°C - temperaturer, der tidligere ville være uopnåelige på grund af porekollaps. Denne nye stabilitet giver adgang til mange flere åbne metalkoordinationssteder, hvilket også øger MOF'ernes reaktivitet.

I undersøgelsen, offentliggjort i Journal of the American Chemical Society , to ph.d. studerende, Sudi Jawahery og Mohamad Moosavi, bruge molekylære simuleringer til at undersøge, hvorfor porer kollapser i mesoporøse MOF'er i første omgang, og foreslår også en mekanisme til at forklare, hvordan polymerer stabiliserer deres struktur på molekylært niveau.

"Vi forestiller os, at denne metode til polymer-induceret stabilisering vil give os mulighed for at gøre en række nye mesoporøse MOF'er, som ikke før var tilgængelige på grund af kollaps, " siger Dronning. "Derfor, dette arbejde kan åbne op for nye, spændende applikationer, der involverer adskillelse, konvertering, eller levering af store molekyler."