Metallorganiska ramverk (MOF) är en speciell klass av svampliknande material med porer i nanostorlek. Nanoporerna leder till rekordstora inre ytor, upp till 7800 m ² i ett enda gram. Denna funktion gör MOF:s extremt mångsidiga material med flera användningsområden, som att separera petrokemikalier och gaser, härmar DNA, väteproduktion och avlägsnande av tungmetaller, fluoranjoner, och till och med guld från vatten – för att nämna några.

En av nyckelfunktionerna är porstorleken. MOF och andra porösa material klassificeras baserat på diametern på deras porer:MOF med porer upp till 2 nanometer i diameter kallas "mikroporösa, " och allt ovanför det kallas "mesoporöst." De flesta MOFs idag är mikroporösa, så de är inte användbara i applikationer som kräver att de fångar in stora molekyler eller katalyserar reaktioner mellan dem – i princip, molekylerna passar inte in i porerna.

Så på senare tid, mesoporösa MOF har kommit in i bilden, eftersom de visar mycket lovande i tillämpningar med stora molekyler. Fortfarande, de är inte problemfria:När porstorlekarna kommer in i den mesoporösa regimen, de tenderar att kollapsa. Förstående, detta minskar den inre ytan av mesoporösa MOF och, med det, deras totala användbarhet. Eftersom ett stort fokus inom området är att hitta innovativa sätt att maximera MOF-ytor och porstorlekar, Att ta itu med det kollapsande problemet är högsta prioritet.

Nu, Dr Li Peng, postdoc vid EPFL Valais Wallis, har löst problemet genom att tillsätta små mängder av en polymer i de mesoporösa MOF:erna. Eftersom polymeren stiftar MOF-porerna öppna, genom att lägga till den ökade de tillgängliga ytorna dramatiskt från 5 till 50 gånger. Studien leddes av forskargruppen av Wendy Lee Queen, i samarbete med Berend Smits och Mohammad Khaja Nazeeruddins labb vid EPFL:s Institute of Chemical Sciences and Engineering (ISIC).

Efter att ha lagt till polymeren till MOF:erna, deras höga ytareor och kristallinitet bibehölls även efter uppvärmning av MOF vid 150°C - temperaturer som tidigare skulle vara oåtkomliga på grund av porkollaps. Denna nya stabilitet ger tillgång till många fler öppna metallkoordinationsplatser, vilket också ökar reaktiviteten hos MOF:erna.

I studien, publiceras i Journal of the American Chemical Society , två Ph.D. studenter, Sudi Jawahery och Mohamad Moosavi, använda molekylära simuleringar för att undersöka varför porer kollapsar i mesoporösa MOFs i första hand, och föreslår också en mekanism för att förklara hur polymerer stabiliserar sin struktur på molekylär nivå.

"Vi föreställer oss att den här metoden för polymerinducerad stabilisering kommer att tillåta oss att göra ett antal nya mesoporösa MOF som inte tidigare var tillgängliga på grund av kollaps, " säger drottningen. "Därför, detta arbete kan öppna upp nya, spännande applikationer som involverar separation, omvandling, eller leverans av stora molekyler."