Lang voordat dimethylformamide (DMF) de squishy-speelgoedtest niet doorstond, chemici hebben hun bezorgdheid geuit over het gebruik ervan als oplosmiddel bij de constructie van metaal-organische raamwerken (MOF's).

Het ministerie van Milieu en Voedselvoorziening van Denemarken verklaarde in juni 2018 dat DMF een van de drie giftige chemicaliën in speelgoed was. Kort daarna, het speelgoed werd uit de Deense winkelrekken gehaald.

Als het ging om MOF's (poreuze nanomaterialen met een breed scala aan toepassingen) hebben chemici milieubewuste methoden voor MOF-synthese gezocht, volgens het adagium van 'goedaardig door ontwerp'. DMF wordt gebruikt als oplosmiddel in MOF-bereidingsreacties en voldoet niet aan die norm.

"Er wordt veel afval gegenereerd in die oplosmiddelen, en verwijdering kan een reëel probleem zijn, " zei Michael A. Sinnwell, een PNNL-postdoc.

Sinnwell, PNNL materiaalwetenschapper Praveen Thallapally, en collega's onderzochten een groenere manier om MOF's te synthetiseren.

"Mensen die op grote schaal MOF's willen maken - commerciële ondernemingen, bijvoorbeeld — het willen doen met behulp van groene productieprincipes, Sinnwell zei. "DMF is nog steeds het meest gebruikte oplosmiddel, voornamelijk vanwege de voorspelbare resultaten in samenstelling, maat, en vorm van de uiteindelijke MOF's. Dus, als duurzame methoden worden geïmplementeerd, deze factoren waarvan bekend is dat ze de prestaties beïnvloeden, moeten worden gecontroleerd."

Een andere rol voor een veelzijdige chemie

Superkritisch kooldioxide (scCO ₂ ), is een belangrijk commercieel en industrieel oplosmiddel. En het zou DMF in MOF-synthese kunnen vervangen.

Sinnwell is de hoofdauteur van een studie die dit voorjaar is gepubliceerd in het tijdschrift ChemSusChem, die pleitte voor het gebruik van scCO ₂ in de synthese van MOF's vanwege de effectiviteit ervan als een milieuvriendelijk alternatief.

"Belichaamd in de principes van groene chemie is de noodzaak om milieuvriendelijke chemische processen te ontwerpen, die efficiënt gebruik maken van hernieuwbare bronnen, vermijd giftige en gevaarlijke reagentia, en minimaliseer het gebruik van vluchtige koolwaterstofoplosmiddelen bij het ontwikkelen van chemische reacties, ' schrijft Sinnwell in de studie. 'Inderdaad, een goedaardige ontwerpmentaliteit heeft ertoe geleid dat niet-conventionele oplosmiddelalternatieven zijn gebruikt voor chemische processen die een 'vloeistof' vereisen."

Een veelbelovende MOF-media

Corresponderende auteurs Sinnwell en Thallapally verzamelden een team van experts in PNNL om aan te tonen dat scCO ₂ is een veelbelovend medium voor MOF-constructie.

Het onderzoeksteam volgde de scCO ₂ synthese van ZIF-8, een commercieel relevante MOF, live. specifiek, ze gebruikten in situ röntgendiffractie, microscopie, en simulaties om een ​​systematische studie van nucleatie- en groeiprocessen te bieden. De onderzoekers evalueerden de effecten die opofferingssjablonen, reactietijd, dichtheid, en temperatuur hebben op samenstelling, maat, en morfologie.

De bevindingen tonen aan dat sjabloonmorfologie en reactietijd, beide beheersbare factoren, beïnvloeden de hiërarchische porositeit en morfologie van ZIF-8- en ZIF-8-composieten. Sinnwell zei dat de resultaten een pad bieden naar het ontwerpen van gerichte materialen met behulp van methoden die zijn gebaseerd op wetenschappelijke theorie en experiment. "Duurzame en economische methoden om geavanceerde materialen te maken zijn het nastreven waard, " zei Sinnwell. "In deze krant, we keken - in realtime - naar de 'groene' vorming van een veelbelovend adsorberend materiaal in superkritisch CO ₂ . Omstandigheden zoals de temperatuur, grootte of vorm van startchemicaliën kan een groot verschil maken voor het eindproduct."