Tillsätt hydrokinon, en hudblekande ingrediens, till ett välkänt "metallorganisk ramverk" ändrar dess kopparjoner på ett sätt som gör detta porösa material exceptionellt stabilt i vatten.

"Vi utvecklade en ny metod för att förbättra vattenstabiliteten hos organiska metallskenor, med potential för tillämpningar som effektivt kan filtrera och rena luft från ultrafint damm utan att sönderfalla på grund av fukt, " säger DGIST-materialforskaren Nak Cheon Jeong. De koreanska forskarna rapporterade sina resultat i Journal of the American Chemical Society .

Metallorganiska ramverk (MOF) är gjorda av metalljoner bundna av organiska länkar. De monteras på ett sätt som leder till bildandet av inre burliknande strukturer, ger materialet dess porösa karaktär. MOF har en imponerande yta jämfört med andra porösa material. Det är det här, och forskarnas förmåga att ställa in sina strukturer, som har lett till att de används i ett brett spektrum av tillämpningar, inklusive gasupptag, molekylseparation, drogleverans, och katalys. De flesta MOF sönderdelas i närvaro av fukt och vatten, så forskare har letat efter sätt att göra dem mer hållbara.

Jeong och hans kollegor fann att behandling av en välkänd kopparbaserad MOF, kallas HKUST-1, med hydrokinon vid 80°C gjorde materialet så stabilt att det inte bröts ned efter veckors nedsänkning i vatten eller ens efter två års exponering för fuktig luft.

Kopparjoner och deras organiska länkar i HKUST-1 samlas för att bilda stora och små burar med skovelhjulsformade metalljonnoder. I vanliga fall, vattenmolekyler fäster till element i denna MOF, förskjuter bindningarna mellan kopparjonerna och organiska länkar, och få materialet att brytas ned eller omvandlas till ett icke-poröst fast ämne. Hydrokinonbehandling, å andra sidan, leder till en mycket stabil HKUST-1 i vatten.

Jeong och hans team fann att en enda elektron från hydrokinon överförs till kopparjoner (Cu ₂ ⁺ ) inom HKUST-1, ändra dem till koppar(Cu+)joner. Denna förändring är självbegränsande:inte mer än 30 % av kopparjonerna förändras på detta sätt. Hälften av Cu ⁺ joner kvar i sina positioner på HKUST-1:s skovelhjulsburar. Men den andra halvan bildar komplex som dissocierar från strukturen och blir fångade i materialets mindre burar, som ett skepp-i-en-flaska.

Ytterligare studier behövs för att förstå exakt hur dessa förändringar leder till en så avsevärd förbättring av HKUST-1:s stabilitet i vatten.

Jeong och hans team tror att samma koncept skulle kunna tillämpas på andra kopparbaserade skovelhjuls-MOF. De planerar att genomföra uppföljande forskning om potentiella praktiska tillämpningar för deras tillvägagångssätt.