Porøse polymerer viser bemærkelsesværdig stabilitet ved højt tryk

Umeå-fysikere i samarbejde med Dresdens Tekniske Universitet og Chalmers Universitet er de første til at vise høj stabilitet af det porøse nanomateriale COF-1. Undersøgelsen er publiceret i Angewandte Chemie , Int. Ed.

Kovalente organiske rammer (COF'er) er en bred familie af polymere materialer kun sammensat af lette elementer. Fraværet af metalatomer i deres struktur gør COF'er markant forskellige sammenlignet med deres slægtninge, Metal Organic Framework Materials (MOF'er).

Den første COF-struktur blev opdaget i 2005 (kaldet COF-1) og består af benzenringe forbundet med B ₃ O ₃ i sekskantformede 2D-ark, som er stablet i en lagdelt struktur, ligner i denne henseende strukturen af ​​grafit sammensat af grafenlag. I analogi med grafen kunne det enkelte lag af COF-materiale navngives som COFene, da det repræsenterer et ægte 2-D-materiale sammensat af kulstof, brint, bor og oxygen.

I modsætning til grafit, COF-1 er porøst materiale med relativt stort overfladeareal, hvilket gør det lovende til forskellige anvendelser, f.eks. til energilagringsenheder, som sorbenter til gaslagring eller til membraner. Der er også generel grundlæggende videnskabelig interesse for enkelte COF-1 lag, som er ægte 2-D materialer.

Imidlertid, lidt var kendt om de mekaniske egenskaber af COF'er eller enkeltlags COFener bortset fra nogle få teoretiske skøn. I modsætning til grafit eller MOF'er, ingen højtryksundersøgelser var tilgængelige for COF'er.

Forskerne brugte synkrotron røntgendiffraktion og Raman-spektroskopi til at evaluere, hvad der sker med strukturen af ​​dette materiale ved tryk op til 30 GPa. Det blev konstateret, at COF-1-dåsens omgivende trykstruktur er uventet stabil og bevarer selv efter kompression op til 10 ^-15 GPa. Ved højere tryk, strukturen kollapser irreversibelt.

"Vi så bemærkelsesværdig stabilitet ved høje tryk for en så porøs struktur, som COF er. Dette var overraskende, fordi porøse MOF-strukturer kollapser ved lavere tryk, " siger Alexandr Talyzin, lektor ved Institut for Fysik ved Umeå Universitet. Kombination af eksperimentelle og teoretiske tilgange giver indsigt i stivhed og mekaniske egenskaber af COF-1 strukturen, som kan betragtes som typisk repræsentant for hele familien af ​​COF-materialer.