Krystallinske polymerer til hurtig påvisning og effektiv nedbrydning af ozon

Ozon er et problematisk luftforurenende stof, der forårsager alvorlige helbredsproblemer. Et nyudviklet materiale indikerer ikke kun hurtigt og selektivt tilstedeværelsen af ​​ozon, men også samtidig uskadeliggør gassen. Som rapporteret af kinesiske forskere i Angewandte Chemie , de porøse "to-i-én-systemer" fungerer også pålideligt i meget fugtig luft.

Ozon (O ₃ ) kan forårsage helbredsproblemer, såsom vejrtrækningsbesvær, lungeskader, og astmaanfald. Relevante arbejdssikkerhedsforskrifter begrænser derfor de tilladte koncentrationer af ozon på arbejdspladsen. Tidligere metoder til påvisning af ozon, som dem, der er baseret på halvledere, har en række ulemper, inklusive højt strømforbrug, lav selektivitet, og fejlfunktion på grund af fugtig luft. Teknikker rettet mod at reducere koncentrationen af ​​ozon har hidtil hovedsageligt været baseret på aktivt kul, kemisk absorption, eller katalytisk nedbrydning.

Et team ledet af Zhenjie Zhang ved Nankai University (Tianjin, Kina) satte sig som mål at udvikle et materiale, der både hurtigt kan detektere og effektivt fjerne ozon. Deres tilgang bruger materialer kendt som kovalente organiske rammer (COF'er). COF'er er to- eller tredimensionelle organiske faste stoffer med udvidede porøse krystallinske strukturer; deres komponenter er bundet sammen af ​​stærke kovalente bindinger. COF'er kan skræddersyes til mange applikationer gennem valget af forskellige komponenter.

Forskerne udvalgte let producerbare, højkrystallinske COF'er lavet af aromatiske ringsystemer. De enkelte byggesten er bundet gennem bindegrupper kaldet iminer (et nitrogenatom bundet til et kulstofatom med en dobbeltbinding). Disse er i centrum af handlingen.

Imin COF'erne indikerer tilstedeværelsen af ​​ozon gennem en hurtig farveændring fra gul til orange-rød, som kan ses med det blotte øje og registreres af et spektrometer. I modsætning til mange andre detektorer, imin COF fungerer også meget pålideligt, følsomt, og effektivt ved høj luftfugtighed og over et bredt temperaturområde. I nærværelse af vand, vandmolekylerne vil fortrinsvis binde til imingrupperne. Følgelig, hævder forskerne, en hydroxidion (OH ⁻ ) frigives, som reagerer med et ozonmolekyle. Det positivt ladede hydrogenatom forbliver bundet til imingruppen, forårsager farveændringen. Hvis der er mere ozon end vand til stede (eller den ozonfyldte luft er helt tør), det overskydende ozon binder sig til imingrupperne og spalter dem. Hver imingruppe nedbryder to ozonmolekyler. Dette forårsager også en farveændring, og den krystallinske struktur begynder langsomt at falde sammen. Imin COF registrerer således ikke kun ozon, men også pålideligt og effektivt nedbryder den skadelige gas. Dette gør det mere effektivt end mange af de traditionelle materialer, der anvendes til dette formål.