Een team van Koreaanse onderzoekers verbonden aan UNIST heeft onlangs het principe aangekondigd om in een oogwenk poreuze organische materialen te produceren, zoals het afvuren van kogels. Dit is vergelijkbaar met het mechanisme van een chemische reactie in explosieven, waarbij het overhalen van de trekker de ontsteker doet ontploffen.

Deze doorbraak is geleid door professor Jong-Beom Baek in de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST. De studie demonstreert een synthetisch protocol voor de vorming van een driedimensionaal poreus organisch netwerk via solid-state explosie van organische eenkristallen.

Driedimensionale poreuze materialen hebben een groot oppervlak, die nuttig kunnen zijn voor toepassingen zoals katalytische dragers, opvang en opslag van gas, energieomzetting en -opslag, opto-elektronica en halfgeleiders. Typische voorbeelden zijn zeolieten en zeolietachtige materialen. Echter, in recente jaren, uitgebreide studies zijn uitgevoerd om poreuze materialen te produceren van duurzamere organische materialen. En ze maken gebruik van een synthetische benadering om een ​​3D poreus organisch netwerk te produceren in vloeistoffasereacties in aanwezigheid van geschikte oplosmiddelen en/of katalysatoren. Echter, de resulterende producten zijn van lage zuiverheid, en daarom, nabehandeling voor zuivering noodzakelijk wordt.

In de studie, Professor Baek en zijn team introduceerden een nieuwe synthetische methodologie voor de fabricage van een 3D poreus organisch netwerk met een hoog specifiek oppervlak via explosie in vaste toestand van organische eenkristallen die primermoleculen bevatten. De explosieve reactie wordt gerealiseerd door de Bergman-reactie (cycloaromatisering) van drie enediyne groepen op 2, 3, 6, 7, 14, 15-hexaethynyl-9, 10-dihydro-9, 10-[1, 2]benzeenantraceen (HEA), dat is een zelf-polymeriseerbare trifunctionele (M3) bouwsteen met drie enediyne groepen (met een dubbele binding en twee drievoudige bindingen). In het algemeen, vast-organische materialen kunnen gemakkelijk smelten wanneer warmte wordt toegepast. Echter, hun nieuw ontwikkelde HEA-eenkristallen veroorzaken een explosieve Bergman-reactie en veranderen snel in 3D-poreuze materialen zonder de aanwezigheid van oplosmiddelen en katalysatoren wanneer warmte wordt toegepast.

"Reacties in vaste toestand kunnen producten met een hoge zuiverheid opleveren en daarom kan nabehandeling voor zuivering overbodig worden, " zegt Dr. Seo-Yoon Bae van de School of Energy and Chemical Engineering, de eerste auteur van de studie. "Aanvullend, de resulterende producten zijn van hoge zuiverheid, en daarom, hebben meer voordelen dan reacties in oplossing of gasfase."

De HEA-enkelkristallen bestaan ​​uit negen HEA-moleculen met in het rooster twee aceton- en één watermolecule. Hoge exotherme warmte komt explosief vrij omdat het kookpunt van water en aceton laag is, aldus het onderzoeksteam. Omdat water kookt bij 100°C en aceton kookt bij 56°C, er is een toename van de kinetische energieën tussen de twee moleculen wanneer warmte wordt toegepast. Dus, voordat de organische eenkristallen smelten, de aceton- en watermoleculen (primer om explosie te veroorzaken) komen buiten vrij, HEA-moleculen in het kristalrooster beginnen zich te herschikken en dit wordt gevolgd door hoge exotherme hitte (buskruitexplosie).