Metaal-organische raamwerken (MOF's) zijn een speciale klasse van sponsachtige materialen met poriën van nanogrootte. De nanoporiën leiden tot recordbrekende interne oppervlakten, tot 7800 m ² in één gram. Deze functie maakt MOF's extreem veelzijdige materialen met meerdere toepassingen, zoals het scheiden van petrochemicaliën en gassen, DNA nabootsen, waterstofproductie en verwijdering van zware metalen, fluoride-anionen, en zelfs goud uit water - om er maar een paar te noemen.

Een van de belangrijkste kenmerken is de poriegrootte. MOF's en andere poreuze materialen worden geclassificeerd op basis van de diameter van hun poriën:MOF's met poriën tot 2 nanometer in diameter worden "microporeuze, " en alles daarboven wordt "mesoporeus" genoemd. De meeste MOF's zijn tegenwoordig microporeus, dus ze zijn niet bruikbaar in toepassingen waarvoor ze grote moleculen moeten vangen of reacties daartussen moeten katalyseren - in feite, de moleculen passen niet in de poriën.

Dus meer recentelijk mesoporeuze MOF's zijn in het spel gekomen, omdat ze veelbelovend zijn in toepassingen met grote moleculen. Nog altijd, ze zijn niet probleemloos:wanneer de poriegroottes in het mesoporeuze regime komen, ze hebben de neiging om in te storten. begrijpelijk, dit vermindert het interne oppervlak van mesoporeuze MOF's en, met dat, hun algemeen nut. Aangezien een belangrijke focus in het veld het vinden van innovatieve manieren is om MOF-oppervlakken en poriegroottes te maximaliseren, het aanpakken van het instortingsprobleem heeft de hoogste prioriteit.

Nutsvoorzieningen, Dr. Li Peng, een postdoc bij EPFL Wallis Wallis, heeft het probleem opgelost door kleine hoeveelheden polymeer toe te voegen aan de mesoporeuze MOF's. Omdat het polymeer de MOF-poriën openhoudt, door het toe te voegen is het toegankelijke oppervlak drastisch vergroot van 5 tot 50 keer. De studie werd geleid door de onderzoeksgroep van Wendy Lee Queen, in samenwerking met de laboratoria van Berend Smit en Mohammad Khaja Nazeeruddin bij EPFL's Institute of Chemical Sciences and Engineering (ISIC).

Nadat het polymeer aan de MOF's is toegevoegd, hun hoge oppervlakten en kristalliniteit bleven behouden, zelfs na verwarming van de MOF's tot 150 ° C - temperaturen die voorheen onbereikbaar zouden zijn vanwege het instorten van de poriën. Deze nieuwe stabiliteit biedt toegang tot veel meer open metaalcoördinatielocaties, wat ook de reactiviteit van de MOF's verhoogt.

In de studie, gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society , twee Ph.D. studenten, Sudi Jawahery en Mohamad Moosavi, moleculaire simulaties gebruiken om te onderzoeken waarom poriën in de eerste plaats instorten in mesoporeuze MOF's, en stellen ook een mechanisme voor om uit te leggen hoe polymeren hun structuur op moleculair niveau stabiliseren.

"We stellen ons voor dat deze methode voor door polymeer geïnduceerde stabilisatie ons in staat zal stellen een aantal nieuwe mesoporeuze MOF's te maken die voorheen niet toegankelijk waren vanwege instorting, "zegt koningin. "Vandaar, dit werk kan nieuwe, spannende toepassingen met betrekking tot de scheiding, conversie, of levering van grote moleculen."