Bild av det porösa materialet i tvärsnitt förstorad 29 000 gånger. Den vita linjen är guldplåten som materialet är uppbyggt på. Kredit:Martin Ratsch
Forskare vid Göteborgs universitet har tagit fram ett poröst och stabilt material där hålrummen kan användas för att lagra olika ämnen. Materialet kan användas både inom läkemedelsindustrin och för filtrering på molekylär nivå.
Porösa material är mycket intressanta för forskare eftersom de kan interagera med gästpartiklar, såsom joner, atomer och molekyler, i materialets håligheter. Oorganiska porösa material som zeoliter används redan i tvättmedel, där de spelar en roll genom att byta ut sina egna natriumjoner mot kalciumjonerna i vatten för att förvandla det till mjukt vatten.
Problemet med oorganiska porösa material är bristen på flexibilitet när det gäller att utforma dem efter behov.
Lättare att designa
"Vi baserade vår upptäckt på forskning om kovalenta kolbindningar som tilldelades Nobelpriset 2010. Tidigare har vi kunnat skapa organiska, porösa material i pulverform med hjälp av kolmolekyler, men detta tillvägagångssätt är bäst lämpat för att lagra gaser i Nu kan vi bygga ett material med lager av tunna filmer som är mycket stabilare och lättare att designa enligt våra specifikationer", säger Martin Ratsch, doktorand vid institutionen för kemi och molekylärbiologi.
Ratsch bygger porösa filmer på en tunn platta av guld, där kovalenta kolbindningar skapar en stabil porös yta. Genom att tillsätta en kontrollerad mängd kolbaserade molekyler aktiverade av grundämnet palladium kan han skapa porösa filmer med önskad tjocklek och med håligheter av rätt storlek. Resultatet är en slät yta som gör att forskare kan kombinera lager av filmer med olika egenskaper, lite som ett chokladkex. Ämnen kan placeras i hålrummen inuti materialet efter behov.
"Det finns flera användningsområden. Den porösa filmen kan även fungera som ett membran i batterier, när man vill kontrollera antalet joner som kan passera igenom."
Fungerar även som ett filter
Ratsch påpekar också att det nya materialet kan vara ett intressant sätt att filtrera lösningar ner till molekylär nivå, eftersom storleken på hålrummen kan bestämmas. Det skulle teoretiskt kunna vara möjligt att filtrera vodka så att etanolmolekylerna fastnar, medan de mindre vattenmolekylerna kan passera genom hålrummen.
Den porösa filmen har tillverkats i laboratoriet i mycket liten skala. Mycket forskning återstår att göra, särskilt om processen ska bli billigare.
"Vi använder ett tunt ark av guld för att konstruera materialet och palladium som en katalysator för att skapa de kovalenta kolbindningarna. Vi måste hitta ett annat ämne som katalysator innan vi kan skala upp produktionen. Det borde vara nästa steg i forskningen, och det kan ta 10 år innan detta material blir kommersiellt gångbart."
Avhandlingen har titeln "Towards 3D Covalent Organic Framework Films" och publiceras online. + Utforska vidare
