Ett team av forskare har skapat en kiral sammansättning genom att blanda oorganiska polyoxometalater och organiska cyklodextrinmolekyler.
Polyoxometalater (POM) är en klass av nanomaterial med många användbara tillämpningar. Att använda polyoxometalater som byggstenar för att konstruera kirala POM-baserade ramverk har dock varit en långvarig utmaning för forskare. Teamet tog fram ett 3D-ramverk i denna forskning, konstruerat av koordinationsmontage. Det resulterande ramverket har ett sammanflätat organiskt-oorganiskt hybridskikt.
Teamet har publicerat sitt arbete i tidskriften Polyoxometalates .
POM har speciella egenskaper som inkluderar höga negativa laddningar, anmärkningsvärd redoxförmåga och tillgänglig organisk ympning. Dessa användbara funktioner har lett till att POM har väckt stort intresse för energirelaterade applikationer. Deras potentiella tillämpningar sträcker sig från materialvetenskap till katalys, medicin, miljöskydd och väteproduktion.
Med sin fascinerande strukturella och kemiska mångsidighet är POM ett välkänt val inom många vetenskapsområden, allt från funktionella material och katalys till magnetism och biomedicin. När POM:erna används som byggstenar för att konstruera POM-baserade öppna ramverk har de många fördelar. Dessa inkluderar robusthet och inneboende porositet. De kan också lätt återvinnas.
Metall-organiska ramverk (MOF) är en klass av kristallina porösa material som är konstruerade av metalljoner och organiska överbryggande ligander. De är mycket enhetliga porösa strukturer som har stora ytareor. MOFs, med sin stora specifika yta och permanenta porer, har blivit enastående kandidater för att ladda POM. När POM och MOF kombineras bildar de ett slags organiskt-oorganiskt hybridmaterial.
Dessa POM- och MOF-hybridmaterial väcker stort intresse bland forskare, särskilt de kirala POM-baserade ramverken. Kiral i kemi hänvisar till spegelbilder. Att beskriva en molekyl som kiral är att säga att dess spegelbild av sig själv är annorlunda. Tidigare har forskare ställts inför utmaningar när det gäller att använda POM för att skapa kirala POM-baserade ramverk.
Så, teamet fokuserade sitt arbete på tillämpningen av POMs som byggstenar i konstruktionen av kirala POM-baserade funktionaliserade ramverk. Kirala POM-föreningar har antingen yttre eller inneboende kiralitet baserat på deras kirala källor. POM-föreningarnas kiralitet kommer huvudsakligen från de kirala organiska eller organometalliska delarna. Inneboende kirala POM är POM som är kirala på grund av symmetribrott.
Forskargruppen kunde konstruera ett kiralt POM-baserat ramverk genom att blanda oorganiska POM och organiska cyklodextrinmolekyler. "Som ett robust kiralt ramverk har den kirala separationen och den kirala katalysen utforskats", säger Cai-Hong Zhan, professor vid College of Chemistry and Materials Science, Zhejiang Normal University. Cyklodextriner är en grupp cykliska oligosackarider som framställs av stärkelse eller stärkelsederivat. På grund av sin struktur är de goda kandidater för att komplettera strukturen och förbättra de fysiokemiska egenskaperna hos MOF.
Teamet kopplade {SiW12 } anjoner, som är negativt laddade joner, med manganjoner på ett antiparallellt sätt. Detta bildade ett unikt helt oorganiskt lager med betydande tomrum. Sedan kombinerade de det med ett organiskt cyklodextrinskikt som fyllde tomrummen i POM-manganskiktet. De två skikten vävdes samman för att bilda den organisk-oorganiska hybriden. De utökade lagren med natriumjonen för att producera ett 3D-ramverk.
Teamet använde termisk cykling för att utforska stabiliteten, kiral separation, kiral katalys och protonledningsförmåga hos det sammansatta ramverket de hade skapat. "Den robusta stabiliteten hos detta sammansatta ramverk har verifierats av termiska cyklingsexperiment", säger Zhan
Framöver planerar teamet att ta detta arbete vidare. "Den kirala separationen och den kirala katalysen kommer att undersökas ytterligare genom att ändra substratet för att bevisa att det kirala ramverket har potentiella tillämpningar", säger Zhan.
Mer information: Xiu-Xia Ding et al, Chirala polyoxometalat–cyklodextrinramar via Mn-medierad montering:Förbättrad stabilitet och katalytisk aktivitet, Polyoxometalater (2023). DOI:10.26599/POM.2023.9140046
Tillhandahålls av Tsinghua University Press
