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加入一种聚合物可以稳定坍塌的金属有机框架

by Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

金属有机框架(MOFs)是一类特殊的海绵状材料,具有纳米级的孔隙。纳米孔导致破纪录的内部表面积,单克高达7800平方米。这一特性使MOF成为具有多种用途的极其通用的材料,如分离石油化工产品和气体、模拟DNA、制氢和去除重金属、氟化物阴离子,甚至是水中的金等。

其中一个关键特征是孔径。 MOF和其他多孔材料根据其孔的直径进行分类:具有直径达2纳米的孔的MOF被称为“微孔”,并且其上方的任何东西称为“中孔”。今天大多数MOF都是微孔的,因此它们不适用于需要它们捕获大分子或催化它们之间反应的应用 - 基本上,这些分子不适合毛孔。

因此,最近,介孔MOF已经发挥作用,因为它们在大分子应用中显示出许多前景。尽管如此,它们并非没有问题:当孔径进入中孔状态时,它们往往会坍塌。可以理解的是,这减少了中孔MOF的内表面积,并由此降低了它们的整体有用性。由于该领域的一个主要焦点是找到最大化MOF表面积和孔径的创新方法,因此解决坍塌问题是首要任务。

现在,EPFL Valais Wallis的博士后 Li Peng 博士通过向介孔MOF中添加少量聚合物解决了这个问题。由于聚合物将MOF孔隙打开,因此添加它可以显着增加可接触表面积5到50倍。该研究由 Wendy Lee Queen 研究小组领导,与EPE化学科学与工程研究所(ISIC)的 Berend Smit 和 Mohammad Khaja Nazeeruddin 实验室合作。

在将聚合物添加到MOF中之后,即使在150℃下加热MOF之后,它们的高表面积和结晶度仍然保持 - 由于孔隙坍塌而先前不可达的温度。这种新的稳定性提供了进入更多开放金属配位点的途径,这也提高了MOF的反应性。

该研究发表在美国化学学会期刊上,两位博士。学生 Sudi Jawahery 和 Mohamad Moosavi 首先使用分子模拟来研究为什么孔隙在介孔 MOF 中坍塌,并提出一种机制来解释聚合物如何在分子水平上稳定其结构。

“我们设想这种聚合物诱导稳定化的方法将使我们能够制造出许多新的介孔MOF,这些MOF在崩溃之前是无法获得的,”Queen说。“因此,这项工作可以开辟新的,令人兴奋的应用,涉及大分子的分离,转化或传递。”

More information: Li Peng et al, Preserving Porosity of Mesoporous Metal–Organic Frameworks through the Introduction of Polymer Guests, Journal of the American Chemical Society (2019). DOI: 10.1021/jacs.9b05967

Journal information: Journal of the American Chemical Society

原文链接:https://phys.org/news/2019-07-adding-polymer-stabilizes-collapsing-metal-organic.html

声明:本文由 Cpolymer 编译,中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。

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