Poröst nanomaterial som kallas COFs (kovalenta organiska ramverk). Kredit:Alexandr Talyzin
Umeå-fysiker i samarbete med Dresdens tekniska högskola och Chalmers universitet är de första som visar hög stabilitet hos det porösa nanomaterialet COF-1. Studien publiceras i Angewandte Chemie , Int. Ed.
Kovalenta organiska ramverk (COF) är en bred familj av polymera material som endast består av lätta element. Frånvaron av metallatomer i deras struktur gör COFs distinkt annorlunda jämfört med deras släktingar, Metal Organic Framework Materials (MOFs).
Den första COF-strukturen upptäcktes 2005 (kallad COF-1) och består av bensenringar kopplade av B 3 O 3 till hexagonformade 2D-ark som staplas i en skiktad struktur, liknar i detta avseende grafitens struktur som består av grafenskikt. I analogi med grafen kan det enda lagret av COF-material benämnas COFene eftersom det representerar ett äkta 2D-material sammansatt av kol, väte, bor och syre.
Till skillnad från grafit, COF-1 är poröst material med relativt hög yta vilket gör det lovande för olika applikationer, t.ex. för energilagringsenheter, som sorbent för gaslagring eller för membran. Det finns också ett allmänt grundläggande vetenskapligt intresse för enstaka COF-1-lager, som är äkta 2D-material.
Dock, lite var känt om de mekaniska egenskaperna hos COFs eller enkelskiktade COFener förutom några teoretiska uppskattningar. Till skillnad från grafit eller MOF, inga högtrycksstudier fanns tillgängliga för COFs.
Forskarna använde synkrotronröntgendiffraktion och Ramanspektroskopi för att utvärdera vad som händer med strukturen av detta material vid tryck upp till 30 GPa. Det visade sig att COF-1-burkens omgivande tryckstruktur är oväntat stabil och bevaras även efter kompression upp till 10 -15 GPa. Vid högre tryck, strukturen kollapsar irreversibelt.
"Vi såg anmärkningsvärd stabilitet vid höga tryck för en så porös struktur som COF är. Detta var förvånande eftersom porösa MOF-strukturer kollapsar vid lägre tryck, " säger Alexandr Talyzin, universitetslektor vid institutionen för fysik vid Umeå universitet. Kombination av experimentella och teoretiska tillvägagångssätt ger insikt i styvhet och mekaniska egenskaper hos COF-1-strukturen, vilket kan anses vara typiskt representativt för hela familjen av COF-material.
