Forskere skaber chirale polyoxometalat-baserede rammer med forbedret stabilitet og katalytisk aktivitet

Et team af videnskabsmænd har skabt en chiral samling ved at blande uorganiske polyoxometalater og organiske cyclodextrinmolekyler.

Polyoxometalater (POM'er) er en klasse af nanomaterialer med mange nyttige anvendelser. Brug af polyoxometalater som byggesten til at konstruere chirale POM-baserede rammer har imidlertid været en langvarig udfordring for forskere. Holdet producerede en 3D-ramme i denne forskning, konstrueret ved koordinationssamling. Den resulterende ramme har et sammenflettet organisk-uorganisk hybridlag.

Holdet har offentliggjort deres arbejde i tidsskriftet Polyoxometalates .

POM'er har specielle funktioner, der inkluderer høje negative ladninger, bemærkelsesværdige redoxevner og tilgængelig organisk podning. Disse nyttige funktioner har ført til, at POM'er har tiltrukket sig stor interesse for energirelaterede applikationer. Deres potentielle anvendelser spænder fra materialevidenskab til katalyse, medicin, miljøbeskyttelse og brintproduktion.

Med deres fascinerende strukturelle og kemiske alsidighed er POM'er et genkendeligt valg inden for mange videnskabsområder, lige fra funktionelle materialer og katalyse til magnetisme og biomedicin. Når POM'erne bruges som byggeklodser til at konstruere POM-baserede åbne rammer, har de mange fordele. Disse omfatter robusthed og iboende porøsitet. De kan også nemt genbruges.

Metal-organiske rammer (MOF'er) er en klasse af krystallinske porøse materialer, der er konstrueret af metalioner og organiske broligander. De er meget ensartede porøse strukturer, der har store overfladearealer. MOF'er er med deres store specifikke overfladeareal og permanente porer blevet fremragende kandidater til at indlæse POM'er. Når POM'er og MOF'er kombineres, danner de en slags organisk-uorganisk hybridmateriale.

Disse POM- og MOF-hybridmaterialer vækker stor interesse blandt forskere, især de chirale POM-baserede rammer. Chiral i kemi refererer til spejlbilleder. At beskrive et molekyle som chiralt er at sige, at dets spejlbillede af sig selv er anderledes. Tidligere har forskere stået over for udfordringer med at bruge POM'er til at skabe chirale POM-baserede rammer.

Så holdet fokuserede deres arbejde på anvendelsen af ​​POM'er som byggesten i konstruktionen af ​​chirale POM-baserede funktionaliserede rammer. Chirale POM-forbindelser har enten ydre eller indre chiralitet baseret på deres chirale kilder. POM-forbindelsernes chiralitet kommer hovedsageligt fra de chirale organiske eller organometalliske dele. Iboende chirale POM'er er POM'er, der er chirale på grund af symmetribrud.

Forskerholdet var i stand til at konstruere en chiral POM-baseret ramme ved at blande uorganiske POM'er og organiske cyclodextrinmolekyler. "Som en robust chiral ramme er den chirale adskillelse og chirale katalyse blevet udforsket," sagde Cai-Hong Zhan, professor ved College of Chemistry and Materials Science, Zhejiang Normal University. Cyclodextriner er en gruppe af cykliske oligosaccharider, der er fremstillet af stivelse eller stivelsesderivater. På grund af deres struktur er de gode kandidater til at supplere strukturen og forbedre de fysisk-kemiske egenskaber af MOF'erne.

Teamet tilsluttede {SiW₁₂ } anioner, som er negativt ladede ioner, med manganioner på en antiparallel måde. Dette dannede et unikt helt uorganisk lag med betydelige hulrum. Derefter kombinerede de det med et organisk cyclodextrinlag, der udfyldte hulrummene i POM-manganlaget. De to lag flettede sammen for at danne den organisk-uorganiske hybrid. De forlængede lagene med natriumionen for at producere en 3D-ramme.

Holdet brugte termisk cykling til at udforske stabiliteten, chiral adskillelse, chiral katalyse og protonledningsevne af den sammensatte ramme, de havde skabt. "Den robuste stabilitet af denne kompositramme er blevet verificeret af termiske cyklingsforsøg," sagde Zhan

Når vi ser fremad, planlægger teamet at tage dette arbejde videre. "Den chirale adskillelse og chirale katalyse vil blive yderligere udforsket ved at ændre substratet for at bevise, at den chirale ramme har potentielle anvendelser," sagde Zhan.

Flere oplysninger: Xiu-Xia Ding et al., Chirale polyoxometalat-cyclodextrinrammer via Mn-medieret samling:Forbedret stabilitet og katalytisk aktivitet, Polyoxometalater (2023). DOI:10.26599/POM.2023.9140046

Leveret af Tsinghua University Press