En enkel kemisk process som utvecklats vid Rice University skapar ljusa och mycket absorberande aerogeler som kan ta stryk.

Kovalenta organiska ramverk (COF), kristallstrukturer med starka molekylbindningar, kan bilda en porös aerogel för användning som ett anpassat membran i batterier eller andra enheter eller som en absorbent för att avlägsna föroreningar från miljön.

Konventionella COF är vanligtvis pulver. Kemisk och biomolekylär ingenjör Rafael Verduzco, ledande författare och Rice -doktorander Dongyang Zhu och Yifan Zhu och deras kollegor vid Rice's Brown School of Engineering upptäckte ett sätt att syntetisera COF -aerogeler som kan tillverkas i vilken form som helst, i alla storlekar, begränsas endast av reaktionskammaren.

Processen rapporterad i American Chemical Society's Materialkemi använder COF -monomerer, ett lösningsmedel och en katalysator. Vid blandning och uppvärmning till 80 grader Celsius (176 grader Fahrenheit), de blir en enhetlig gel. Tvätt och torkning av gelen för att avlägsna lösningsmedlet lämnar bakom den ställningsliknande aerogelen med porer mellan 20 och 100 mikron.

"Den stora fördelen med polymerer är att du kan lösa dem i ett lösningsmedel, du kan spraya pälsen, snurra kappan och doppa den, och de är enkla och billiga att arbeta med, "Sa Verduzco." Men COF är inte det. De är ett olösligt pulver och svåra att göra någonting med, men de är verkligen lovande för applikationer eftersom du kan designa eller konstruera dem nästan hur du vill på molekylär nivå. De är som legoklossar och du kan välja molekylära former, storlekar och egenskaper som du vill inkludera i det slutliga materialet.

"Vi letade efter sätt att göra COF lättare att arbeta med, mer som polymerer, och vi fann att under särskilda reaktionsbetingelser skulle de bilda en gel, "sa han." När du extraherar lösningsmedlet, du får detta mycket lätta skum, eller aerogel. "

Verduzco sa att COF -aerogeler kan vara ett värdefullt tillskott till industriella absorbenter som nu används för sanering eftersom deras porösa strukturer kan anpassas.

Labbet formulerade sex aerogeler och fann deras saneringsegenskaper med olika färgämnen, oljor och guldnanopartiklar var mycket bättre och snabbare än COF -pulver. I ett test med jodånga, en produkt av kärnklyvning, aerogelen absorberade 7,7 gram jod per gram aerogel, betydligt bättre än ett COF -pulver av samma material.

Forskarna fann att aerogelerna kunde tvättas och återanvändas minst 10 gånger utan att deformeras. "De är ganska mjuka men du kan klämma dem för hand och de springer tillbaka, "Sa Verduzco.

Han ser ännu större potential för COF som membran för att separera komponenter i avancerade batterier, ämnet för en nyligen granskad uppsats som leds av Dongyang Zhu i Avancerade funktionella material .

De kan också efterlikna biologiska membran. "Ingen har kommit på hur man effektivt separerar en blandning av joner eller molekyler som har ungefär samma storlek och form, men med denna klass av material, vi kan exakt styra porstorlekarna och formerna, "Sa Verduzco.

"Biologiska membran separerar joner av samma storlek och laddning genom små förändringar i porfunktionen som företrädesvis binder en eller annan jon, "sa han." Jag tror att vi kan börja tillverka syntetmaterial som har liknande egenskaper. "

Labbet utvecklar ett bibliotek med COF -aerogeler för att testa i applikationer. "Det finns verkligen mycket att utforska här, "Sa Verduzco.