Ett team av bioingenjörer vid University of Illinois har tagit en ny titt på ett gammalt verktyg för att hjälpa till att karakterisera en klass av material som kallas metallorganiska ramverk - kort sagt MOF. MOF används för att upptäcka, rena och lagra gaser, och kan hjälpa till att lösa några av världens mest utmanande energi, miljö- och farmaceutiska utmaningar - de kan till och med dra vattenmolekyler direkt från luften för att ge torkning.

Forskargruppen, ledd av bioingenjörsprofessor Rohit Bhargava, använder infraröd kemisk avbildning för att undersöka och optimera MOF:s struktur. Även om det finns i mer än ett decennium, IR -avbildning är kraftigt underutnyttjad i materialanalys. Forskarna fann att med några ändringar för att förbättra analyshastigheten, det är det perfekta verktyget för denna applikation. Deras resultat publiceras i Journal of Physical Chemistry Letters .

MOF är mikroskopiska porösa kristaller konstruerade av metalljoner bundna av organiska molekyler som kallas ligander. Även om de är små, de har en enorm absorberande förmåga.

"Porerna gör att MOF kan fungera som små svampar som kan suga upp kemikalier som läkemedel och gaser, "sa Sanghamitra Deb, en postdoktor vid Beckman Institute for Advanced Science and Technology vid U.

"MOF:s exakta struktur och kemi påverkar deras funktionalitet i hög grad, "sa Prabuddha Mukherjee, forskare från Beckman Institute. "Därför, detaljerad karaktärisering är avgörande för att bestämma deras bästa användning. "

De traditionella metoderna som används i materialvetenskaplig analys, som kraftfull elektronmikroskopi och spektroskopi, kombinera inte kemiska insikter med den rumsliga upplösningen för IR -avbildning, sa forskarna, så de kan bara ge genomsnittliga kemiska mätningar.

MOF bildas genom kristallisation ur en lösning, och det finns inget sätt att helt kontrollera deras struktur eller kemi. "Denna brist på kontroll ger mycket utrymme för defekter att bildas, och de traditionella metoderna för karakterisering berättar bara för oss att det finns ett fel men inte kan identifiera den specifika platsen, "Sa Mukherjee.

"IR -avbildning gör att vi kan se kemin och strukturen i ett skott, "sa Ayanjeet Ghosh, en postdoktor vid Beckman Institute. "Vi kan lösa strukturer upp till några mikron och bestämma deras kemiska sammansättning över några mikronområden, förstå hur och varför spektra förändras som en funktion av rymden, och gör det med en enda analys. "

IR -avbildning erbjuder också ett unikt skalområde att arbeta i, sa forskarna.

"Vi behöver inte se ner till atomskalan, som många kraftfulla elektronmikroskopimetoder erbjuder, "Sa Deb." I den skalan, det skulle ta mycket lång tid att skanna enheter gjorda med MOF, som vanligtvis är ungefär en millimeter kvadrat i storlek. "

Till sist, många av de andra traditionella teknikerna är destruktiva, vilket betyder att en gång analyserats med en metod, provet kan inte undersökas med några ytterligare verktyg. "Vi kanske kan upptäcka en avvikelse i kemi via spektroskopi, men vi har inte möjlighet att se var felet faktiskt existerar med en annan metod eftersom provet nu är borta, "Sa Ghosh." Med IR -avbildning, vi kan göra båda samtidigt. "

"Denna unika användning av en äldre teknik, men med ny instrumentering, tillåter oss att snabbt bestämma kvaliteten och den bästa applikationen för specifika MOF på ett icke -destruktivt sätt - något ingen annan grupp har kunnat göra, "Sa Mukherjee.

Gruppen föreställer sig att denna teknik används med andra enheter som tillverkats under liknande förhållanden, liksom användningsområden utanför materialvetenskapsområdet.