Naukowcy opracowali stabilny kowalencyjny szkielet organiczny (COF) oparty na kwasach fosfonowych, który ma potencjał do wychwytywania CO2 na dużą skalę. Bezrozpuszczalnikowa, skalowalna metoda syntezy i właściwości wodoodporne sprawiają, że te COF nadają się do różnych zastosowań, w tym do redukcji gazów cieplarnianych.
Zespół międzynarodowych badaczy, kierowany przez Uniwersytet Heinricha Heinego w Düsseldorfie (HHU) i Uniwersytet w Siegen, zsyntetyzował nowy związek, który tworzy kowalencyjny szkielet organiczny. Związek ten, na bazie skondensowanych kwasów fosfonowych, jest wysoce stabilny i może być stosowany do takich zastosowań, jak wychwytywanie dwutlenku węgla (CO2), jak szczegółowo opisali badacze w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza.
Kowalencyjne struktury organiczne (w skrócie: COF) to klasa porowatych materiałów krystalicznych, które tworzą struktury przypominające rusztowanie. Termin „kowalencyjny” oznacza, że wiązania chemiczne pomiędzy poszczególnymi elementami szkieletu powstają poprzez wspólne pary elektronów.
Zespół badawczy kierowany przez dr Gündoğ Yücesana, młodszego lidera grupy badawczej Heisenberga w Sekcji Materiałów Nanoporowatych i Nanoskali w HHU oraz profesora dr Jörna Schmedta auf der Günne, lidera grupy ds. chemii materiałów nieorganicznych na Uniwersytecie w Siegen, obecnie przedstawia proste podejście do tej rodziny frameworków, których członkowie są szczególnie stabilni i obiecują duży potencjał aplikacyjny. W badaniu, które opublikowano obecnie w czasopiśmie „Europa”, zaangażowani byli także naukowcy z Berlina, Bremy, Saarbrucken, Turcji i Wielkiej Brytanii. Komunikacja przyrodnicza.
Klasa polifosfonianowych kowalencyjnych struktur organicznych charakteryzuje się wiązaniami fosfor-tlen-fosfor, które obejmują proste organiczne związki fosfonowe kwas klocki i – prawie jak klocki Lego – można łączyć ze sobą, podgrzewając je do temperatury zaledwie ok. 200 stopni Celsjusz.
Stabilność i zrównoważony rozwój nowych COF
Dr Yücesan: „Szczególną właściwością tych COF jest to, że pomimo łagodnych warunków syntezy wykazują one dobrą stabilność wody i pary wodnej, co oznacza, że – w przeciwieństwie do dotychczas opracowanych związków – można je stosować w wodzie i elektrolitach.”
Kolejnym kamieniem milowym było opracowanie metody zrównoważonej syntezy. Yücesan: „Po raz pierwszy opracowano proces syntezy w stanie stałym COF, który można przeprowadzić całkowicie bez użycia rozpuszczalników. Metoda ta umożliwia tanią, skalowalną produkcję od kilogramów do ton, co czyni ją bardziej opłacalną w porównaniu z innymi materiałami mikroporowatymi.
Jednym z wyzwań dla badaczy był fakt, że związki nie krystalizowały dobrze i były amorficzne. Udało im się znaleźć dowody na istnienie wiązań za pomocą jądrowego rezonansu magnetycznego. Profesor Schmedt auf der Günne: „Gdybyśmy nie mogli wykorzystać powszechnych stanów sąsiedniego fosforu atom jąder, struktura wiążąca substancji pozostałaby w ciemności, a właściwości nie zostałyby poznane.”
Polifosfoniany tego typu mają duży potencjał aplikacyjny. Struktury ramowe mogą wychwytywać szkodliwy gaz cieplarniany CO2. Niewielka zmiana ciśnienia może go ponownie zwolnić. „Takie substancje są potrzebne do oczyszczania gazów odlotowych i zapobiegania emisji gazów cieplarnianych” – zauważają autorzy badania.
Odniesienie: „Polifosfonianowe kowalencyjne struktury organiczne” autorstwa Ke Xu, Roberta Oestreicha, Takina Haj Hassani Sohi, Mailis Lounasvuori, Jean GA Ruthes, Yunus Zorlu, Julia Michalski, Philipp Seiffert, Till Strothmann, Patrik Tholen, A. Ozgur Yazaydin, Markus Suta, Volker Presser, Tristan Petit, Christoph Janiak, Jens Beckmann, Jörn Schmedt auf der Günne i Gündoğ Yücesan, 9 września 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-51950-1
