Metallorganiska ramverk (MOF) är porösa, kristallina material som kan fånga föreningar i sina molekylära håligheter, ger dem ett brett utbud av applikationer inom gaslagring och -separering, kolavskiljning, och vid katalys av kemiska reaktioner, för att nämna några. En ny rad applikationer undersöks nu genom att omvandla kristallina MOF till flytande och/eller glasartade tillstånd.

"MOF är en relativt ny klass av material, och de flesta av de som utvecklats under de senaste 20 åren är i kristallint tillstånd, " säger Satoshi Horike, en materialvetare vid Kyoto University's Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS). "Nyligen, vi har hittat icke-kristallint glas eller flytande tillstånd i MOF och föreslår att de har stor potential som framtida material."

Horike granskade de senaste framstegen och perspektiven inom området, tillsammans med materialkemisten Susumu Kitagawa och kollegor för tidskriften Angewandte Chemie International Edition .

Tiotusentals MOF har syntetiserats sedan de först upptäcktes i slutet av 1990-talet. Teknikframsteg gör det nu möjligt för forskare att avslöja vad som händer på molekylär nivå när vissa MOF värms upp till en smältpunkt och sedan kyls för att producera ett glasliknande tillstånd. Än så länge, Forskare har rapporterat ett tiotal MOF som kan smältas till en vätska och/eller förvandlas till ett glastillstånd. Deras smälttemperatur varierar från 184°C till 593°C, beroende på deras kristallstrukturer.

När denna typ av MOF värms upp, dess metalljoner och organiska ligander börjar vingla inuti kristallerna när materialet smälter. Bindningsavstånden i dess polymerkedjor förlängs också när temperaturen fortsätter att stiga. Strukturen för en MOF:s kristallina tillstånd är mycket ordnad. Glastillståndet har en medelklassordning, " där anslutningarna går sönder men delar av den utökade strukturen förblir i allmänhet på plats. Mycket mer molekylär fragmentering inträffar när en MOF når flytande tillstånd, men en del av dess interna struktur behåller ett element av anslutning.

Inte alla dessa MOF kan omvandlas till glas genom att kyla deras flytande tillstånd. Vissa kräver en mekanisk slipliknande behandling för att glas ska bildas. Under denna process, att tillsätta vissa kemikalier till materialet kan modulera några av dess fysikaliska egenskaper, såsom förstärkning av protonkonduktivitet.

Vätska och glas MOF kan ge ett nytt materialtillstånd som visar porositet, jonledningsförmåga, och optiska egenskaper såsom luminescens. De visar också lovande för värmelagring, i energiapparater, och för gasgenomträngning. Hybridmaterial som innehåller glas eller flytande MOF med andra material, såsom organiska polymerer, metallpartiklar, eller metalljoner, kan användas som starka lim i energiapparater eller i katalytiska reaktioner.

Forskarna föreslår att forskare bör återbesöka det enorma biblioteket som är tillgängligt för kristallina MOF från synvinkeln av fasförändring till vätska och/eller glas. Om du gör det kan det leda till design av nya funktionella material.