Metaloorganiczna folia szkieletowa poprawia kontrolę separacji izomerów

Naukowcy opracowali metodę usprawnienia rozdziału izomerów chemicznych poprzez kontrolowanie dyfuzji molekularnej. Wykorzystując cienką warstwę metalowo-organiczną, zastosowali dynamiczne interakcje chemiczne, aby dostosować dynamikę porów i preferencje odwrotnej dyfuzji izomerów. Ich praca jest opublikowany W Komunikacja przyrodnicza.

Technologie separacji chemicznej (gazów, węglowodorów, izotopów, izomerów) są niezbędne w naszym codziennym życiu. Na całym świecie trwają wysiłki mające na celu uproszczenie procesów separacji i oczyszczania przy użyciu technik inżynierii chemicznej i nowych materiałów.

Porowate materiały, działające jak membrany, mogą osiągnąć taki rozdział przy minimalnym wkładzie energii i zmniejszonym śladzie węglowym, dzięki czemu proces jest zrównoważony zarówno pod względem ekonomicznym, jak i środowiskowym.

Poprawa wydajności pozostaje jednak wyzwaniem. Osiągnięcie tego wymaga głębszego zrozumienia i kontroli interakcji molekularnych oraz procesów dyfuzji (ruchu cząsteczek w porach).

Zespół badawczy z Instytutu Badań Podstawowych Tata w Hyderabadzie, kierowany przez Ritesha Haldara, opracował strategię mającą na celu zwiększenie kontroli nad procesem dyfuzji chemicznej.

Izomery to cząsteczki, które mają ten sam skład chemiczny, ale różnią się geometrią, a co za tym idzie, różnymi właściwościami chemicznymi.

Oddzielanie izomerów chemicznych wymaga dokładnej kontroli wielkości porów i funkcjonalności chemicznej. Małe wymiary cząsteczek wymagają porów o wymiarach 10^-10 M. Ponieważ izomery różnią się nieznacznie wielkością, czasami rzędu kilku angstremów, opracowanie sita molekularnego, które będzie w stanie skutecznie oddzielić izomery na podstawie wielkości, stanowi wyzwanie.

Aby przeprowadzić eksperyment z kontrolowaną dyfuzją, badacze wykorzystali nanoporowaty uporządkowany materiał znany jako szkielet metaloorganiczny.

Wykorzystując kombinację eksperymentu i symulacji molekularnej, badacze mogliby opracować nową strategię chemiczną, dynamiczną interakcję chemiczną, która może precyzyjnie dostroić dyfuzję izomerów chemicznych.

W tej metodologii natura chemiczna i dynamika wąskich porów współdziałają. Mogliby wykazać, że poprzez wdrożenie tej strategii można nawet odwrócić preferencję dyfuzji izomerów.

Grupy badawcze Jagannatha Mondala i Soumyi Ghosha w TIFR Hyderabad przewidziały, w jaki sposób interakcje chemiczne i dynamika porów wpłyną na ruch molekularny.

Na podstawie swoich odkryć zespół Ritesha Haldara stworzył idealny porowaty materiał, aby zademonstrować tę wyjątkową dynamiczną interakcję. Korzystając z nowej metody, z powodzeniem rozdzielili alifatyczne izomery halogenów, a nawet wykazali, że w razie potrzeby preferencje separacji można odwrócić.