Les scientifiques en matériaux de l’Université Rice ont développé une méthode rapide, peu coûteuse et évolutive pour fabriquer des buildings organiques covalentes (COF), une classe de polymères cristallins dont la framework moléculaire réglable, la grande surface et la porosité pourraient être utiles dans les programs énergétiques, les dispositifs semi-conducteurs, les capteurs, systèmes de filtration et administration de médicaments. « Ce qui rend ces constructions si spéciales, c’est qu’elles sont des polymères, mais qu’elles s’organisent selon une composition ordonnée et répétitive qui en fait un cristal », a déclaré Jeremy Daum, doctorant chez Rice et auteur principal d’une étude publiée dans ACS Nano. « Ces structures ressemblent un peu à du grillage : ce sont des réseaux hexagonaux qui se répètent sur un system bidimensionnel, puis ils s’empilent sur eux-mêmes, et c’est ainsi que vous obtenez un matériau 2D en couches. » Alec Ajnsztajn, ancien étudiant au doctorat chez Rice et autre auteur principal de l’étude, a déclaré que la approach de synthèse permet de produire des COF cristallins 2D ordonnés en un temps record en utilisant le dépôt en period vapeur. « Souvent, lorsque vous créez des COF by using le traitement en solution, il n’y a pas d’alignement sur le movie », a déclaré Ajnsztajn. « Cette approach de synthèse nous permet de contrôler l’orientation de la feuille, garantissant ainsi que les pores sont alignés, ce que vous souhaitez si vous créez une membrane. » La capacité de contrôler la taille des pores est utile dans les séparateurs, où les COF pourraient servir de membranes pour le dessalement et potentiellement aider à remplacer des processus énergivores comme la distillation. En électronique, les COF pourraient être utilisés comme séparateurs de batteries et transistors organiques. « Les COF ont le potentiel d’être utiles dans une variété de processus catalytiques. Vous pourriez, par exemple, utiliser les COF pour décomposer le dioxyde de carbone en produits chimiques utiles comme l’éthylène et l’acide formique », a déclaré Daum. L’un des obstructions empêchant une utilisation additionally significant des COF est que les méthodes de production impliquant le traitement en alternative sont as well as longues et moreover difficiles à adapter en milieu industriel. « Cela peut prendre trois à cinq jours de temps de réaction pour produire les poudres nécessaires aux solutions nécessaires à la génération de COF », a déclaré Ajnsztajn. « Notre méthode est beaucoup as well as rapide. Après des mois d’optimisation, nous avons réussi à produire des films de haute qualité en seulement 20 minutes ou moins. » Pour s’assurer que leurs movies présentaient la bonne construction moléculaire, Daum et Ajnsztajn se sont rendus au Laboratoire national d’Argonne, où ils ont analysé leurs échantillons à l’aide de la supply de photons avancée, travaillant en continu pendant 71 heures. « Nous savions qu’il était temps de partir, mais nous étions très satisfaits des résultats », a déclaré Daum. « Nous avons dû nous adresser à un laboratoire countrywide car cette method était le seul moyen de mesurer la qualité de nos films et de garantir que nous avions pris les bonnes mesures pour les optimiser. » Des études en microscopie ont permis de comprendre comment les cristaux de COF se développent et ont permis de montrer que des températures allant jusqu’à 340 degrés Celsius (~ 644 Fahrenheit) pouvaient être utilisées pour synthétiser des molécules organiques. « En travaillant sur ce projet, nous avons entendu de nombreuses personnes penser que chauffer des molécules organiques à des températures aussi élevées empêcherait les réactions appropriées de se produire, mais ce que nous avons découvert, c’est que le dépôt chimique en section vapeur est, en fait, un moyen viable. pour créer des matériaux organiques », a déclaré Ajnsztajn. Pour fabriquer les COF, Daum et Ajnsztajn ont construit un réacteur ad hoc à partir de pièces d’équipement de laboratoire mises au rebut et d’autres matériaux peu coûteux et facilement disponibles. « L’ensemble de ce processus était très peu coûteux à assembler », a déclaré Daum. « La mise en spot d’un processus robuste et évolutif de manufacturing d’une variété de films COF permettra, espérons-le, une meilleure software des COF dans la catalyse, le stockage d’énergie, les membranes et bien additionally encore. » Pulickel Ajayan, professeur d’ingénierie Benjamin M. et Mary Greenwood Anderson, professeur et chaire de science des matériaux et de nano-ingénierie et professeur de chimie et de génie chimique et biomoléculaire, et Rafael Verduzco, professeur de génie chimique et biomoléculaire et de science des matériaux et de nano-ingénierie, sont les auteurs correspondants de l’étude. La recherche a été soutenue par la Welch Basis (C-2124), la National Science Basis (2247729, 1842494), le Bureau de recherche scientifique de l’US Air Power et Clarkson Aerospace Corporation (FA9550-21-1-0460), l’US Air Force Study. Laboratoires et UES (S-119-005-003, Numéro d’attribution 116000, Nom du projet G10000097).
