Onderzoekers van de Universiteit van Göteborg hebben een poreus en stabiel materiaal gemaakt waarin de holtes kunnen worden gebruikt om verschillende stoffen op te slaan. Het materiaal kan zowel in de farmaceutische industrie als voor filtratie op moleculair niveau worden gebruikt.

Poreuze materialen zijn erg interessant voor wetenschappers omdat ze kunnen interageren met gastdeeltjes, zoals ionen, atomen en moleculen, in de holtes van het materiaal. Anorganische poreuze materialen zoals zeolieten worden al gebruikt in wasmiddelen, waar ze een rol spelen door hun eigen natriumionen uit te wisselen voor de calciumionen in water om er zacht water van te maken.

Het probleem met anorganische poreuze materialen is het gebrek aan flexibiliteit om ze naar behoefte te ontwerpen.

Makkelijker te ontwerpen

"We hebben onze ontdekking gebaseerd op onderzoek naar covalente koolstofbindingen, waarvoor in 2010 de Nobelprijs werd toegekend. In het verleden hebben we met koolstofmoleculen organische, poreuze materialen in poedervorm kunnen maken, maar deze benadering is het meest geschikt om gassen op te slaan in de holtes. Nu kunnen we een materiaal bouwen met lagen dunne films dat veel stabieler en gemakkelijker te ontwerpen is volgens onze specificaties", zegt Martin Ratsch, een doctoraatsstudent bij de afdeling Scheikunde en Moleculaire Biologie.

Ratsch bouwt poreuze films op een dunne plaat van goud, waar covalente koolstofbindingen een stabiel poreus oppervlak creëren. Door een gecontroleerde hoeveelheid op koolstof gebaseerde moleculen toe te voegen die worden geactiveerd door het element palladium, kan hij poreuze films maken met de gewenste dikte en met holtes van de juiste grootte. Het resultaat is een glad oppervlak waarmee onderzoekers films met verschillende eigenschappen kunnen combineren, een beetje zoals een chocoladekoekje. Stoffen kunnen naar behoefte in de holtes in het materiaal worden geplaatst.

"Er zijn verschillende toepassingsgebieden. De poreuze film kan ook fungeren als een membraan in batterijen, wanneer je het aantal ionen dat er doorheen kan gaan wilt regelen."

Werkt ook als filter

Ratsch wijst er ook op dat het nieuwe materiaal een interessante manier zou kunnen zijn om oplossingen tot op moleculair niveau te filteren, omdat de grootte van de holtes kan worden bepaald. Het zou theoretisch mogelijk zijn om wodka te filteren zodat de ethanolmoleculen vast komen te zitten, terwijl de kleinere watermoleculen door de holtes kunnen gaan.

De poreuze film is op zeer kleine schaal in het laboratorium geproduceerd. Er moet nog veel onderzoek worden gedaan, vooral als het proces goedkoper moet worden.

"We gebruiken een dunne laag goud om het materiaal te construeren en palladium als katalysator om de covalente koolstofbindingen te creëren. We moeten een andere stof als katalysator vinden voordat we de productie kunnen opschalen. Dat zou de volgende stap in het onderzoek moeten zijn, en het kan 10 jaar duren voordat dit materiaal commercieel levensvatbaar wordt."

Het proefschrift is getiteld "Towards 3D Covalent Organic Framework Films" en is online gepubliceerd. + Verder verkennen

Ion-selectieve slimme poreuze membranen