Kredit:University of Oregon
En ny sorts liten partikel är en stor sak i UO-kemisten Carl Brozeks labb.
Han och hans team har gjort en mångsidig sorts poröst material som kallas en metallorganisk ram, eller MOF, till nanokristaller - en form som är lättare att använda utanför labbet. Nanopartiklar som dessa har ett brett utbud av potentiella tillämpningar, från ytbeläggningar som kan lagra elektrisk laddning, till filter som tar bort föroreningar från luft eller vatten.
Nanokristallerna är de minsta och mest stabila MOF som gjorts hittills, sa Brozek. Och de har en rad intressanta egenskaper - särskilt kan de leda elektricitet, och de beter sig olika beroende på partikelns exakta storlek.
"Det känns verkligen som att vi har spruckit in i något nytt," sa Brozek. Han och hans team, under ledning av doktoranden Checkers Marshall, rapporterade sitt förskott den 24 november i ett förtryck som publicerades på forskningssajten ChemRxiv.
MOF är svampliknande material som består av metalljoner, såsom järn eller zink, sammanlänkade med små kolbaserade molekyler. Som ett håligt block av schweizisk ost har MOFs fickor och springor som ger dem en extremt stor yta. Det gör dem användbara för tillämpningar som involverar infångning av specifika molekyler, som koldioxid från atmosfären eller bly i dricksvatten, eftersom det finns mycket utrymme för dessa målmolekyler att fastna på. Och att göra dem i nanostorlek skulle vara särskilt praktiskt för att skala upp och använda industriellt, eftersom de små partiklarna skulle kunna suspenderas i en lösning och sedan, som färg, användas för att jämnt belägga en yta.
Men att göra MOFs som nanopartiklar har varit en pågående utmaning, sa Brozek.
Så hans labb kom på en lösning. "När MOF försöker växa, lurar vi det", sa han.
MOF bildas via en serie kemiska reaktioner som förenar metalljoner med länkmolekyler. Brozeks team lade till en tredje ingrediens:molekyler som efterliknar länkarna, men som bara kan binda till något i ena änden. Som kantbitar på ett pussel fungerar de som återvändsgränder för den växande MOF, och säkerställer att den förblir liten.
"En av de riktigt spännande sakerna med vårt papper är att vi inte bara gjorde denna speciella MOF som en nanokristall, det är också en av de minsta MOF som någonsin har gjorts," sa Brozek.
Dessa nanopartiklar, gjorda av järntriazolat, är anpassningsbara:de beter sig olika i olika storlekar och även vid olika temperaturer. Det öppnar upp en rad möjligheter, sa Brozek - forskare kunde "justera" materialen för att bete sig på ett visst sätt, genom att justera storleken på nanopartiklarna eller temperaturen i miljön. Och de kunde använda ett liknande tillvägagångssätt för att designa andra MOF-nanokristaller med olika kombinationer av metalljoner och länkmolekyler.
"Arbetet är ganska grundläggande just nu," sa Marshall. "Jag tror att det viktigaste är att vi kan syntetisera dessa nanopartiklar och de visar storleksberoende egenskaper som inte har observerats tidigare. Dessa två utvecklingar kommer att hjälpa oss att anpassa hur vi tillämpar MOFs i befintliga enheter samt utnyttja deras storleksberoende i framtida teknik."
Brozek och hans team undersöker redan potentiella tillämpningar, både för nanopartiklar av järntriazolat och andra varianter.
"Nu när vi kan göra en film av dessa material, finns det en verklig möjlighet att vi skulle kunna göra membran som är användbara i den verkliga världen," sa Brozek. Till exempel kan MOF-nanopartiklar som täcker en yta ta tag i koldioxidmolekyler som annars skulle släppas ut i atmosfären. Eller så kan partiklarna konstrueras så att de fastnar på föroreningar i vatten.
"Detta är bara en MOF," sa Brozek. "Det kommer att krävas många laborationer för att utforska det här nya vetenskapsområdet." + Utforska vidare
