(Nanowerk Haberleri) Tokyo Teknoloji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar ilk kez üç boyutlu yapısal izomerlerin (aynı kimyasal bileşime sahip bir dizi farklı nanoyapı) seçici üretimini keşfettiler. kovalent organik çerçeveler (3D-COF'ler), birçok uygulama için önerilen, ortaya çıkan nano gözenekli katılar, 3D-COF'lerin yapısal ve özellik kontrolleri için yeni özgürlük yaratıyor. Bulgular şu adreste yayınlandı: Amerikan Kimya Derneği Dergisi (“3D Kovalent Organik Çerçevelerde Üçlü İzomerizm”). Gözenekli katılar dünyada sayısız rol oynar. Örnekler arasında aktif karbon, zeolit ve metal-organik çerçeveler (MOF'lar). Yeni nesil pillerdeki katı elektrolitler iyon geçiş kanallarına sahiptir ve dolayısıyla geniş anlamda gözenekli katılardır. Gözenekli katıların özellikleri gözenek boyutu, gözeneklerin dahili olarak bağlanma şekli ve gözenek duvarlarının kimyasal yapısı tarafından belirlendiğinden, bu özelliklerin tasarlanmasında yüksek serbestlik derecesinin elde edilmesi çok önemlidir. Nano gözenekli katıların yeni bir sınıfı olan COF'ler, yapı taşı moleküllerinin kovalent olarak ve tekrar tekrar yoğunlaşmasıyla oluşur. COF'ler, malzemelerdeki fonksiyon ve mikroskobik geometriler açısından yüksek tasarım özgürlüğünün yanı sıra uygulamalar için arzu edilen yüksek termal kararlılık sundukları için son zamanlarda kapsamlı bir şekilde araştırılmaktadır. Özellikle, COF'lerin bir alt sınıfı olarak, üç boyutlu COF'lerin (3D-COF'ler), önceki iki boyutlu COF'lerden daha zengin çerçeve topolojileri nedeniyle yararlı olması beklenmektedir; Önceki COF çalışmalarının çoğu 2D-COF'lar içindi. Ancak bir ikilem yaşandı. COF'ler, daha zayıf ve yumuşak koordinasyon bağlarına sahip olan MOF'lara göre daha kararlı ve daha sert kovalent bağlara sahiptir. Bu, bir avantaj ve iki dezavantajla sonuçlanır. Bir avantaj, kullanım sırasında dayanıklılığı artıran daha yüksek stabilitedir. İlk dezavantaj şu ana kadar elde edilen çerçeve geometrilerindeki daha zayıf topolojik çeşitliliktir. İkinci dezavantaj, kristal şekillerinin optik bir mikroskop kullanılarak tanınabileceği ölçüde yüksek kristalliğe sahip COF'lerin elde edilmesindeki zorluktur. Bu dezavantajların her ikisi de aynı kökten kaynaklanır; kovalent bağların oldukça katı ve yönlü yapısı (MOF'leri oluşturan daha az katı ve daha az yönlü koordinasyon bağlarıyla karşılaştırıldığında). 3D-COF uygulamalarının arttırılması için bu dezavantajların ele alınması kaçınılmaz olmuştur. Bu sorunları çözmek için Tokyo Teknoloji Enstitüsü Yenilikçi Araştırma Enstitüsü Sıfır Karbon Enerjisi Laboratuvarı'ndan Profesör Yoichi Murakami liderliğindeki bir araştırma ekibi, esnek karbon içeren yapı taşı moleküllerini birleştirerek yeni bir tür 3D-COF yaratmaya çalıştı. kısımlar. Şekil 1a ve b'de gösterildiği gibi, dört amin fonksiyonelliği yönünde açısal esnekliğe sahip bir monomer olan TAM'ı ve iki esnek yan zincire ve iki aldehit fonksiyonelliğine sahip bir monomer olan 4EBDA'yı oluşturarak bunları yoğunlaştırmak için seçtiler. imin bağları—organik bileşiklerdeki iyi bilinen kovalent bağlardan biridir. Yan zincir (Şekil 1b'deki "R"), Lityum iyonlarının taşınmasını arttırdığı bilinen ve bu nedenle Lityum iyon pillerde katı hal elektroliti olarak kullanılabilen bir işlevsellik olan polietilen glikolün bir parçasıdır.
Şekil 1. Bu çalışmada keşfedilen çerçeve izomerizmi sergileyen 3D-COF'ler. (a) İmin bağı oluşumunun şeması. (b) Bu çalışmada seçilen yapı taşı molekülleri (R: polietilen glikol zinciri) ve moleküllerin polikondansasyonu yoluyla imin bağı oluşumları yoluyla genişletilmiş bir ağın oluşturulması. (c) Bu çalışmada ilk kez büyütülen TK-COF-1, TK-COF-2 ve TK-COF-3'ün optik mikrografları. (Resim: Tokyo Tech) Çözeltideki birçok oluşum koşulunun tekrarlanan denemelerinden sonra araştırma grubunun, Şekil 1c'de gösterilen birbirinden belirgin üç farklı şekle sahip, güzel, yüksek kaliteli kristaller üretmesi dikkat çekicidir. Araştırmacılar bu kristallere TK-COF-1, TK-COF-2 ve TK-COF-3 adını verdiler. Şaşırtıcı bir şekilde araştırma ekibi bu üç yeni COF'un aynı kimyasal bileşime sahip olduğunu keşfetti. Kristallerin X-ışını kırınım ölçümleri, Şekil 2a ila c'de gösterildiği gibi niteliksel olarak farklı nanoyapılarını ortaya çıkardı. Bu kristallerin çerçeve topolojilerinin dia (TK-COF-1), qtz (TK-COF-2) ve dia-c3 (TK-COF-3) olduğu bulundu. Bu, 3D-COF'lerin yapı ve özelliklerinin çeşitliliğinin, yalnızca geleneksel blok molekül seçimi yöntemiyle değil, aynı zamanda yapı taşı moleküllerinin polikondansasyonu sırasında izomer tipinin ortaya çıkmasının kontrol edilmesiyle de artırılabileceğine dair önemli bir bulgudur. COF'lerin yoğunluğu (şekil panellerinde gösterilmiştir), Şekil 3'deki panellerde gösterildiği gibi izomer seçimi nedeniyle yaklaşık 2 kat başarıyla değiştirildi.
Şekil 2. (a) TK-COF-1, (b) TK-COF-2 ve (c) TK-COF-3'ün mikroskobik çerçeve yapıları. Bunların sırasıyla dia, qtz ve dia-c3 çerçeve topolojilerine sahip olduğu bulundu. (Resim: Tokyo Tech) Özet olarak bu çalışma, 3D-COF'lerin temel özelliklerinin (yoğunluk, gözenek boyutu, mekanik özellikler vb.) yapısal izomerizmin ortaya çıkışı ve kontrolünden yararlanılarak yeni bir özgürlük derecesi ile ayarlanabileceğini göstermektedir. Bu sonuç COF'lerin gelecekteki uygulamalarını hızlandıracaktır.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64793.php
