Hydrochinon toevoegen, een huidblekend ingrediënt, naar een bekend 'metaal-organisch raamwerk' verandert zijn koperionen op een manier die dit poreuze materiaal uitzonderlijk stabiel maakt in water.

"We hebben een nieuwe methode ontwikkeld om de waterstabiliteit van metalen organische raamwerken te verbeteren, met het potentieel voor toepassingen die de lucht effectief kunnen filteren en zuiveren van ultrafijn stof zonder te ontbinden als gevolg van vochtigheid, ", zegt materiaalwetenschapper Nak Cheon Jeong van DGIST. De Koreaanse onderzoekers rapporteerden hun bevindingen in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Metaalorganische raamwerken (MOF's) zijn gemaakt van metaalionen gebonden door organische verbindingen. Ze assembleren op een manier die leidt tot de vorming van interne kooiachtige structuren, waardoor het materiaal zijn poreuze karakter krijgt. MOF's hebben een indrukwekkend oppervlak in vergelijking met andere poreuze materialen. Het is dit, en het vermogen van wetenschappers om hun structuren af ​​te stemmen, die hebben geleid tot hun gebruik in een breed scala aan toepassingen, inclusief gasopname, molecuul scheiding, medicijnafgifte, en katalyse. De meeste MOF's ontleden in aanwezigheid van vocht en water, dus hebben wetenschappers gezocht naar manieren om ze duurzamer te maken.

Jeong en zijn collega's ontdekten dat de behandeling van een bekende MOF op koperbasis, genaamd HKUST-1, met hydrochinon bij 80°C maakte het materiaal zo stabiel dat het niet degradeerde na weken van onderdompeling in water of zelfs na twee jaar blootstelling aan vochtige lucht.

Koperionen en hun organische verbindingen in HKUST-1 komen samen om grote en kleine kooien te vormen met schoepenradvormige metaalionenknooppunten. Normaal gesproken, watermoleculen hechten aan elementen binnen deze MOF, het verdringen van de bindingen tussen de koperionen en organische verbindingen, en ervoor zorgen dat het materiaal afbreekt of verandert in een niet-poreuze vaste stof. Hydrochinon behandeling, anderzijds, leidt tot een zeer stabiele HKUST-1 in water.

Jeong en zijn team ontdekten dat een enkel elektron van hydrochinon wordt overgebracht naar cupri-ionen (Cu ₂ ⁺ ) binnen HKUST-1, veranderen in cupro-ionen (Cu+). Deze verandering is zelflimiterend:niet meer dan 30% van de cupri-ionen verandert op deze manier. De helft van de Cu ⁺ ionen blijven op hun plaats op de schoepenradkooien van de HKUST-1. Maar de andere helft vormt complexen die dissociëren van de structuur en vast komen te zitten in de kleinere kooien van het materiaal. als een schip-in-een-fles.

Verdere studies zijn nodig om precies te begrijpen hoe deze veranderingen leiden tot zo'n substantiële verbetering van de stabiliteit van HKUST-1 in water.

Jeong en zijn team geloven dat hetzelfde concept kan worden toegepast op andere op koper gebaseerde scheprad MOF's. Ze gaan vervolgonderzoek doen naar mogelijke praktische toepassingen van hun aanpak.