Metaal-organische raamwerken zijn poreuze materialen die ongelooflijke hoeveelheden stoffen kunnen opnemen, en onderzoekers hopen ze te gebruiken om verontreinigende stoffen op te dweilen of als onderdeel van brandstofcellen die waterstofgas opslaan.

Nutsvoorzieningen, Chemici van de University of Michigan hebben een eenvoudigere en efficiëntere methode ontwikkeld om op grote schaal metaal-organische raamwerken te vervaardigen die de MOF's zo poreus mogelijk maken. In feite, een enkele gram MOF geproduceerd door de chemici kan de hoeveelheid materiaal van een voetbalveld opzuigen, als het materiaal in een enkele laag over het veld zou worden gelegd.

MOF's zijn poreuze materialen gemaakt van metaalgroepen die aan elkaar zijn gekoppeld met organische moleculen - beeld je de connectoren en staven in Tinkertoys in. Door deze constructie ontstaan ​​constructies met zeer hoge oppervlakten.

Bijvoorbeeld, MOF's kunnen worden gebruikt om geneesmiddelen uit water te verwijderen door de moleculen van de geneesmiddelen aan te trekken en ervoor te zorgen dat ze zich vastklampen aan de interne structuren van de MOF, in een proces dat 'adsorptie' wordt genoemd. Hoe groter het oppervlak van een MOF, hoe meer materiaal het kan adsorberen.

Maar deze eigenschappen komen niet gemakkelijk, zegt Adam Matzger, de hoofdauteur van de studie en UM-hoogleraar chemie en macromoleculaire wetenschap en techniek.

MOF's worden vaak gemaakt in oplosmiddelen die alleen bij zeer hoge temperaturen verdampen. Om een ​​MOF poreus te maken, chemici moeten de MOF's "activeren" door dat oplosmiddel te verwijderen. Dat is over het algemeen gedaan door ze uren of dagen in verschillende oplosmiddelen met een laag kookpunt te baden, het ene oplosmiddel ruilen voor het andere in de MOF.

Het is ook moeilijk om alle vervangende oplosmiddelmoleculen te verwijderen die de MOF's verstoppen, die daar door het activeringsproces zijn geplaatst. Een deel van het probleem, Matzger zegt, is dat de vervangende oplosmiddelen een hoge oppervlaktespanning hadden. Als je die oplosmiddelen uit de MOF's haalt, het oplosmiddel klampt zich vast aan de delicate structuren binnen MOF en kan ze vernietigen.

"Als je iets met een hoge oppervlaktespanning uit een MOF verwijdert, het trekt aan die porie en heeft de neiging om het in te storten, " zei hij. "Door ultra lage oppervlaktespanning te gaan, dat kunnen we vermijden."

Eerder, scheikundigen hadden superkritische koolstofdioxide gebruikt, of kooldioxide in een hybride vloeistof/gasfase, onder een bepaalde temperatuur en druk gehouden.

"Maar het is lastig om te gebruiken, "Zei Matzger. "Je moet het onder zeer hoge druk houden, en het vereist gespecialiseerde apparatuur. Het is niet geweldig om MOF's op grotere schaal te produceren."

Het team ontdekte ook dat het wisselen van oplosmiddelen extreem snel gaat en dat oplosmiddelen met ultralage oppervlaktespanningen MOF's met succes kunnen activeren. Twee delicate, zeer poreuze MOF's, UMCM-9 en FJI-1, kan een maximaal oppervlak bereiken met oplosmiddelen zoals n-hexaan of perfluorpentaan. Deze oplosmiddelen activeren MOF's in een kwestie van minuten, waardoor ze kunnen overstappen van nieuwsgierigheid in het laboratorium naar de volgende generatie industrieel belangrijke adsorbentia.

"We denken dat het een heel gemakkelijk alternatief is, " zei Matzger. "Je kunt verkrijgbare oplosmiddelen gebruiken in plaats van gespecialiseerde superkritische kooldioxide."