Gedurende de laatste twee decennia, poreuze materialen zoals zeolieten en metaal-organische raamwerken hebben de aandacht van de wetenschappelijke gemeenschap getrokken vanwege het brede scala aan toepassingen dat is afgeleid van hun porositeit. Onlangs, er is een nieuwe klasse van alle organische materialen ontstaan:de waterstofgebonden organische raamwerken (HOF's). Deze kristallijne materialen zijn afhankelijk van twee soorten niet-covalente interacties - π-π-interacties die de verticale stapel vormen, en waterstofbindingsinteracties die zorgen voor de orde en stabiliteit tussen de moleculaire eenheden. De combinatie van deze interacties maakt het mogelijk om specifiek ontworpen moleculaire eenheden samen te stellen om geordende kristallijne structuren te verkrijgen die de ontwikkeling van materialen met instelbare chemische en fysische eigenschappen mogelijk maken.

Een internationale samenwerking tussen de Universiteit van Osaka, Japan, en de Universiteit van Castilla, Spanje, ontwikkelde stabiele monokristallijne poreuze waterstofgebonden organische raamwerken (HOF's) die thermisch en chemisch duurzaam zijn en een groot oppervlak en fluorescentie-eigenschappen hebben. Door eendimensionaal gestapelde moleculen en waterstofbruggen, ze fabriceerden de stabiele en stijve raamwerken ondanks deze raamwerken die bestonden uit zwak waterstofgebonden carbonzuur. Hun onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie .

Dit poreuze materiaal bleek een breed specifiek oppervlak te hebben van 1288 m2 per 1 g en kan zijn structuur behouden bij temperaturen tot 305°C in de atmosfeer. In aanvulling, waterstofbruggen van dit materiaal worden niet gesplitst, zelfs niet wanneer het wordt ondergedompeld in alcohol of geconcentreerd zoutzuur en wordt verwarmd. Dit poreuze materiaal bleek vrij stabiele HOF's te hebben in vergelijking met conventionele materialen.

Het is moeilijk om systematisch HOF's te vormen zoals ontworpen, dus werd gezocht naar de vaststelling van een methodologie voor de vorming van HOF's. Deze groep had ontdekt dat een hexaazatrifenyleen (HAT) derivaat met 6 carboxyfenylgroepen (CPHAT) HOF's vormde met een hoge hittebestendigheid. Ze dachten dat een HAT-derivaat met carboxyarylgroepen een veelbelovende moleculaire bouwsteen was voor het bouwen van stabiele HOF's met een groot oppervlak. Met behulp van een HAT-derivaat met carboxybifenylgroepen (CBPHAT), ze verkregen thermisch en chemisch stabiele HOF's met een groot oppervlak, het aantonen van de effectiviteit van HAT-frameworks door het synthetiseren en kristalliseren van HAT-derivaten die langere handen hebben om naburige atomen te grijpen.

Hoofdauteur Ichiro Hisaki van de universiteit van Osaka zei:"In dit onderzoek, we ontdekten dat HAT-derivaten stijve en stabiele HOF's vormden door (1) waterstofbinding tussen carboxygroepen, (2) driedimensionale (3-D) netwerken, (3) netwerkinterpenetratie, en (4) in vorm passende docking van gedraaide HAT-kernen." (Figuur 3)

Deze studie zal bijdragen aan de ontwikkeling van functionele HOF's zoals HOF's die selectieve CO2-absorptie vertonen, en zal de omzetting van CO2 in bruikbare chemische stoffen zoals alcohol mogelijk maken.