Een team van wetenschappers heeft een chirale assemblage gecreëerd door anorganische polyoxometalaten en organische cyclodextrinemoleculen te mengen.

Polyoxometalaten (POM's) zijn een klasse nanomaterialen met veel nuttige toepassingen. Het gebruik van polyoxometalaten als bouwstenen voor het construeren van op chirale POM gebaseerde raamwerken is echter al lang een uitdaging voor onderzoekers. Het team produceerde in dit onderzoek een 3D-framework, opgebouwd door coördinatie-assemblage. Het resulterende raamwerk bestaat uit een verweven organisch-anorganische hybridelaag.

Het team heeft hun werk gepubliceerd in het tijdschrift Polyoxometalates .

POM's hebben speciale kenmerken, waaronder hoge negatieve ladingen, opmerkelijke redoxcapaciteiten en beschikbare organische enting. Deze nuttige eigenschappen hebben ertoe geleid dat POM's veel belangstelling trekken voor energiegerelateerde toepassingen. Hun potentiële toepassingen variëren van materiaalkunde tot katalyse, geneeskunde, milieubescherming en waterstofproductie.

Met hun fascinerende structurele en chemische veelzijdigheid zijn POM's een herkenbare keuze op veel wetenschapsgebieden, variërend van functionele materialen en katalyse tot magnetisme en biogeneeskunde. Wanneer de POM's worden gebruikt als bouwstenen om op POM gebaseerde open raamwerken te construeren, hebben ze veel voordelen. Deze omvatten robuustheid en intrinsieke porositeit. Ze kunnen ook gemakkelijk worden gerecycled.

Metaal-organische raamwerken (MOF's) zijn een klasse kristallijne poreuze materialen die zijn opgebouwd uit metaalionen en organische brugliganden. Het zijn zeer uniforme poreuze structuren met grote oppervlakken. MOF's zijn, met hun grote specifieke oppervlak en permanente poriën, uitstekende kandidaten geworden voor het laden van POM's. Wanneer POM's en MOF's worden gecombineerd, vormen ze een soort organisch-anorganisch hybride materiaal.

Deze hybride POM- en MOF-materialen trekken veel belangstelling onder onderzoekers, vooral de chirale POM-gebaseerde raamwerken. Chiraal in de chemie verwijst naar spiegelbeelden. Een molecuul als chiraal omschrijven betekent dat het spiegelbeeld van zichzelf anders is. In het verleden zijn onderzoekers met uitdagingen geconfronteerd bij het gebruik van POM's om op chirale POM gebaseerde raamwerken te creëren.

Daarom concentreerde het team hun werk op de toepassing van POM's als bouwstenen bij de constructie van op chirale POM gebaseerde gefunctionaliseerde raamwerken. Chirale POM-verbindingen hebben extrinsieke of intrinsieke chiraliteit op basis van hun chirale bronnen. De chiraliteit van de POM-verbindingen komt voornamelijk van de chirale organische of organometaaldelen. Intrinsiek chirale POM's zijn POM's die chiraal zijn vanwege symmetriebreuk.

Het onderzoeksteam was in staat een chiraal POM-gebaseerd raamwerk te construeren door anorganische POM's en organische cyclodextrinemoleculen te mengen. "Als een robuust chiraal raamwerk zijn de chirale scheiding en chirale katalyse onderzocht", zegt Cai-Hong Zhan, professor aan het College of Chemistry and Materials Science, Zhejiang Normal University. Cyclodextrinen zijn een groep cyclische oligosachariden die worden geproduceerd uit zetmeel of zetmeelderivaten. Vanwege hun structuur zijn ze goede kandidaten om de structuur aan te vullen en de fysiochemische eigenschappen van de MOF's te verbeteren.

Het team heeft {SiW₁₂ aangesloten } anionen, die negatief geladen ionen zijn, met mangaanionen op antiparallelle wijze. Dit vormde een unieke volledig anorganische laag met aanzienlijke holtes. Vervolgens combineerden ze het met een organische cyclodextrinelaag die de holtes in de POM-mangaanlaag opvulde. De twee lagen zijn met elkaar verweven en vormen de organisch-anorganische hybride. Ze breidden de lagen uit met het natriumion om een ​​3D-raamwerk te produceren.

Het team gebruikte thermische cycli om de stabiliteit, chirale scheiding, chirale katalyse en protonengeleiding te onderzoeken van het composietraamwerk dat ze hadden gemaakt. "De robuuste stabiliteit van dit composietraamwerk is geverifieerd door experimenten met thermische cycli", zegt Zhan

Vooruitkijkend is het team van plan dit werk verder uit te voeren. "De chirale scheiding en chirale katalyse zullen verder worden onderzocht door het substraat te veranderen om te bewijzen dat het chirale raamwerk potentiële toepassingen heeft", aldus Zhan.

Meer informatie: Xiu-Xia Ding et al, Chirale polyoxometalaat-cyclodextrine-raamwerken via Mn-gemedieerde assemblage:verbeterde stabiliteit en katalytische activiteit, Polyoxometalaten (2023). DOI:10.26599/POM.2023.9140046

Aangeboden door Tsinghua University Press