Nowy materiał MOF o wysokiej porowatości

Nowy materiał MOF o wysokiej porowatości

Otrzymano nowy materiał o szkielecie nieorganiczno-organicznym cechujący się ponadprzeciętną porowatością. Dzięki temu być może wkrótce doczekamy się wreszcie materiału o wysokiej zdolności magazynowania wodoru. Otworzyłoby to drogę do gospodarki opartej na ogniwach paliwowych.

MOF (metal-organic framework) są krystalicznymi polimerami koordynacyjnymi, których struktura składa się z dwu typów elementów budulcowych: węzłów (stanowiących atomy metalu) oraz łączników zbudowanych z cząsteczek organicznych. Pomiędzy tymi elementami występują puste przestrzenie tworzące struktury podobne do występujących np. w zeolitach. Podobnie zresztą jak w przypadku zeolitów (np. ZSM-5) również polimerom MOF nadaje się numery. Adam J. Matzger wraz ze współpracownikami z University of Michigan wzięli do badań MOF-5 zbudowany z atomów cynku oraz kwasu tereftalowego oraz MOF-177 w którym składnikiem organicznym jest tris(4-karboksyfenylo)benzen będący kwasem o 3 grupach karboksylowych.

Ze względu na inną liczbę grup kwasowych w łącznikach (kwasach karboksylowych) otrzymane polimery miały odmienną strukturę porowatą. Grupa Matzgera postanowiła na bazie MOF-5 i MOF-177 stworzyć nowy polimer, w którym znalazłyby się łączniki o dwu różnych funkcyjnościach (2 i 3). Takie materiały były już otrzymywane w przeszłości, jednak zamiast polimeru o zdefiniowanej strukturze otrzymywano kopolimer statystyczny lub osobne kryształy MOF-5 i MOF-177.

Tym razem jednak efekty przeszły oczekiwania – otrzymano nowy materiał przewyższający powierzchnią właściwą poprzednio otrzymane. Obliczono, że powierzchnia właściwa University of Michigan Crystalline Material-1 (UMCM-1) wynosi 4,730 m kw./g. Jest to najwyższa powierzchnia właściwa dla uzyskanych dotąd materiałów mezoporowatych.

Struktura UMCM-1 składa się z sześciu mikroporowatych jam o średnicy 1,4 nm, które otaczają heksagonalny kanał o średnicy 3,2 nm. Matzger uważa, że w przyszłości w wolnych przestrzeniach struktur UMCM-1 będzie możliwość uwięzienia cząsteczek metanu lub nawet wodoru, co stanowiłoby duży krok w kierunku gospodarki „wodorowej”.

Jak mówi Matzger co roku otrzymuje się wiele typów nowych polimerów z grupy MOF, jednak ich syntez opiera się jedynie na zmianie metalu, organicznego łącznika i warunków reakcji. Natomiast UMCM-1 jest przykładem na to, że koncepcja polimerów koordynacyjnych, w których odpowiednio dobiera się różne łączniki może znacząco poszerzyć ilość dostępnych materiałów porowatych.

(pj)