Polymeeristä syntyy katalyyttikide

Rice Universityn materiaalitutkijat kehittivät nopean, edullisen ja skaalautuvan menetelmän kovalenttisten orgaanisten kehysten (COF) valmistamiseksi. Kyseessä ovat luokka kiteisiä polymeerejä, joiden viritettävä molekyylirakenne, suuri pinta-ala ja huokoisuus voisivat olla hyödyllisiä energiasovelluksissa, puolijohdelaiteissa, antureissa, suodatusjärjestelmissä ja lääkkeiden jakelussa.

"Näistä rakenteista erikoisia tekee se, että ne ovat polymeerejä, mutta ne järjestäytyvät järjestykseen, toistuvaan rakenteeseen, joka tekee niistä kiteen", sanoi tohtoriopiskelija Jeremy Daum.

"Nämä rakenteet näyttävät vähän kana-aidan langalta ⎯ ne ovat kuusikulmaisia hiloja, jotka toistavat itseään kaksiulotteisessa tasossa ja pinoavat sitten päällekkäin ja näin saadaan kerrostettu 2D-materiaali."

Alec Ajnsztajn, tutkimuksen toinen kirjoittaja, sanoi, että synteesitekniikan avulla on mahdollista tuottaa järjestyksellisiä 2D-kiteisiä COF:itä ennätysajassa käyttämällä höyrypinnoitusta.

"Monet kerrat, kun teet COF-kuvia liuoskäsittelyn kautta, kalvossa ei ole kohdistusta", Ajnsztajn sanoi. "Tämän synteesitekniikan avulla voimme hallita arkin suuntausta ja varmistaa, että huokoset ovat kohdakkain, mikä on se mitä haluat, jos luot kalvoa."

Kyky hallita huokoskokoa on hyödyllinen erottimissa, joissa COF:t voisivat toimia kalvoina suolanpoistoon ja mahdollisesti auttaa korvaamaan energiaintensiivisiä prosesseja, kuten tislausta. Elektroniikassa COF:ia voitaisiin käyttää akun erottimina ja orgaanisina transistoreina.

"COF:t voivat olla hyödyllisiä useissa katalyyttisissä prosesseissa ⎯ voit esimerkiksi käyttää COF:ia hajottamaan hiilidioksidi hyödyllisiksi kemikaaleiksi, kuten eteeniksi ja muurahaishapoksi", Daum toteaa.

Yksi esteistä, jotka estävät COF:ien laajemman käytön, on se, että liuosten käsittelyyn liittyvät tuotantomenetelmät ovat pitkiä ja vaikeampia sovittaa teollisissa olosuhteissa.

"Voi kestää kolmesta viiteen päivää reaktioaikaa valmistaa jauheita liuoksille, joita tarvitaan COF:ien tuottamiseen", selventää Ajnsztajn. ”Meidän menetelmämme on paljon nopeampi. Kuukausien optimoinnin jälkeen onnistuimme tuottamaan korkealaatuisia kalvoja vain 20 minuutissa tai vähemmän."

CVD-prosessin laajan sovellettavuuden ja laajuuden osoittamiseksi tutkijat valmistivat myös kiteisiä järjestyneitä COF-kalvoja, joissa oli imiini- ja ketoenamiinisidoksia.

Nämä kalvot osoittavat potentiaalia korkealaatuisina kokosulkukalvoina, katalyyttisinä alustoina ja orgaanisina transistoreina.

Aiheesta aiemmin:

Uusi sähköenergian varastoinnin materiaali

Kudontaa atomien ja molekyylien tasoilla