Låste MOF'er er nøglen til høj porøsitet

En meget porøs metal organisk ramme, samlet af molekylære byggeklodser designet til at låse sammen i en bestemt orientering, er udviklet af forskere ved KAUST.

Metalorganiske rammer (MOF'er) er krystallinske materialer fremstillet af metalioner forbundet med organiske linkere. Deres indre struktur er som et gentaget udvalg af bittesmå identiske bure, som er ideelle til at være vært for forskellige molekyler. MOF'er har fundet potentielle anvendelser fra gasføling til molekylære separationer til opbevaring, afhængigt af dimensionerne og strukturen af ​​deres porer.

En familie af MOF'er er blevet inspireret af uorganiske porøse materialer kaldet zeolitter. Zeolitter er en særlig klasse af porøst materiale med utallige anvendelser, forklarer Norah Alsadun, en ph.d. studerende i Mohamed Eddaoudis laboratorium, der ledede forskningen. "Imidlertid, evnen til at finjustere poreåbningsstørrelsen og poresystemet for en given zeolit, baseret på en given topologi, er ekstremt udfordrende, " hun siger.

Ved at efterligne zeolitstrukturen med en MOF, imidlertid, porestrukturen kan let justeres ved at ændre metallet og den organiske linker. "Vores gruppe introducerede brugen af ​​enkeltmetalbaserede tetraedriske byggeenheder til zeolitlignende MOF (ZMOF) konstruktion, " siger Alsadun. Grundlaget for den tetraederbaserede ZMOF-struktur er et par trekantede pyramider, vedhæftet tip-to-tip via en enkelt binding.

Den frie rotation af de to trekanter omkring enkeltbindingen fører typisk til dannelsen af ​​en diamantlignende struktur. Imidlertid, samlingen af ​​tetraedriske bygningsenheder i MOF-kemi kan føre til samtidig dannelse af flere diamantnetværk, alle trænger ind i hinanden, blokerer dermed porerne. "Så, vi udviklede et nyt koncept til ZMOF -samling ved hjælp af polynukleære klynger som stive, retningsbestemte og fastlåste bygningsenheder, "Siger Eddaoudi.

I stedet for simple single-metal tetraedre som hovedbyggesten, holdet brugte udvidede polynukleare klynger, hvor hver kant og hjørne af det oprindelige tetraeder er erstattet af et nyt ansigt - et geometrisk koncept kendt som cantellation. Som resultat, enkeltbindingen, der forbinder de to tetraeder i den oprindelige struktur, erstattes af tre bindinger, låse strukturen i en bestemt retning.

Som holdet havde planlagt, de låste byggeklodser genererede en ZMOF med en "sodalite", snarere end en diamant-lignende, struktur. "Sodalit -topologien har ikke plads til interpenetration, " siger Vincent Guillerm, en seniorforsker i teamet. De resulterende sod-ZMOF-porer målte op til 43 ångstrøm i diameter, den største nogensinde rapporteret for en ZMOF.

"Vores arbejde beviser, at disse udfordrende strukturer kan tilgås gennem vores nye design, "Siger Eddaoudi." Anvendelse af denne strategi til konstruktion af andre ZMOF'er er nu i gang. "