Gaser och föroreningar kan filtreras från luft och vätskor med hjälp av porösa, kristallina material, såsom metall-organiska ramverk (MOF). För att ytterligare dela upp dessa porer och förbättra deras sorptionskapacitet, ett team av forskare har utvecklat en snabb och mångsidig två-i-ett syntetisk strategi, kombinerar metallkoordination med den kovalenta kemin hos lätta element. Som beskrivs i en studie i tidskriften Angewandte Chemie , det nya porutrymmesuppdelade materialet skulle kunna användas som en mycket effektiv adsorbent av ammoniak.

Strukturen hos MOF är ett koordinerande nätverk av metaller med organiska länkar, som bygger upp ett stort och symmetriskt tredimensionellt poröst nätverk. Gaser kan diffundera in och ut ur porerna. En gång i en MOF, gasmolekyler adsorberar vid adsorptionsställen som tillhandahålls av metalljonerna och länkmolekylerna. Dock, små gasmolekyler som CO ₂ , acetylen, och ammoniak behöver inte stora porer för att fångas, och det visar sig att ibland kan ett tätare nätverk och fler adsorptionsplatser förbättra kapaciteten hos en MOF.

Därför, ett team av forskare ledda av Pingyun Feng vid University of California, USA, försökte dela upp porerna med kovalenta ligander - spacermolekyler som sätts samman genom kemiska reaktioner. Partitionering har den ytterligare fördelen att det kan göra MOF mer stabil. Instabilitet är en av anledningarna till att MOF:er inte har funnit utbredd användning ännu, även om de är mycket effektivare gassorptionsmaterial än, till exempel, zeoliter och aktivt kol.

Fengs lag, inklusive doktorand Yanxiang Wang, valde den aromatiska molekylen pyridin-4-boronsyra som en uppdelningsmolekyl. Detta är en ovanlig ligand. Den kombinerar två olika lätta element med komplementär reaktivitet:bor är en Lewis-syra och tenderar att fånga ämnen med hög elektrondensitet, medan pyridinkvävet är en Lewis-bas som söker efter Lewis-syror att reagera med. Under normala förhållanden, dessa molekyler skulle helt enkelt attackera varandra och orsaka många icke-riktade reaktioner.

Dock, detta hände inte här eftersom författarna integrerade pyridin-4-boronsyrareaktionen i metallkoordinationsreaktionen som bygger upp MOF. Både kovalenta och koordinativa reaktioner verkade synergistiskt och skyddade pyridin-4-boronsyran från sidoreaktioner. En trimer bildades som passade snyggt in i de hexagonala porerna på MOF. Resultatet blev en MOF med ett integrerat kovalent organiskt nätverk, eller "porrymdspartitionerad MOF", tillhandahåller många nya platser för gasadsorption.

Forskarna syntetiserade flera av dessa MOF, var och en med olika kombinationer av metaller och organiska ligander. De nya porrymdsuppdelade MOF:erna visade bättre gasupptag än de som var opartitionerade. Dessutom, de exponerade bor-Lewis-syraställena i uppdelningsliganderna tillät ammoniakupptag med en hög packningsdensitet. Detta arbete presenterar ett framsteg inom MOF-syntes och prestanda. Reaktioner som inte ansågs möjliga - såsom ren trimerisering av en pyridinboronsyra - uppnås och kan leda till mycket användbara komponenter.