(Tin tức Nanowerk) Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Tokyo lần đầu tiên phát hiện ra quá trình tạo ra chọn lọc ba loại đồng phân cấu trúc (một tập hợp các cấu trúc nano khác nhau có thành phần hóa học giống hệt nhau) của không gian ba chiều. khung hữu cơ cộng hóa trị (3D-COF), chất rắn xốp nano mới nổi được đề xuất cho nhiều ứng dụng, tạo ra sự tự do mới cho việc kiểm soát cấu trúc và đặc tính của 3D-COF. Những phát hiện đã được công bố trong Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Mỹ (“Đồng phân ba trong khung hữu cơ cộng hóa trị 3D”). Chất rắn xốp đóng vô số vai trò trên thế giới. Ví dụ bao gồm than hoạt tính, zeolit và khung kim loại-hữu cơ (MOF). Chất điện phân rắn trong pin thế hệ tiếp theo có các kênh di chuyển ion và do đó là chất rắn xốp theo nghĩa rộng. Bởi vì các đặc tính của chất rắn xốp được quyết định bởi kích thước lỗ rỗng, cách các lỗ được kết nối bên trong và tính chất hóa học của thành lỗ rỗng, nên việc đạt được mức độ tự do cao trong việc thiết kế các đặc tính này là rất quan trọng. Là một loại chất rắn xốp nano mới, COF được hình thành bằng cách ngưng tụ cộng hóa trị và liên tục các phân tử khối xây dựng. COF gần đây đã được nghiên cứu rộng rãi vì chúng mang lại sự tự do thiết kế cao về mặt chức năng và hình học vi mô trong vật liệu, cũng như độ ổn định nhiệt cao cần thiết cho các ứng dụng. Đặc biệt, với tư cách là một lớp con của COF, COF ba chiều (3D-COF) được cho là sẽ hữu ích nhờ cấu trúc liên kết khung vốn đã phong phú hơn so với COF hai chiều trước đó; hầu hết các nghiên cứu COF trước đây đều dành cho 2D-COF. Tuy nhiên, đã có một vấn đề nan giải. COF có liên kết cộng hóa trị ổn định và cứng hơn MOF, vốn có liên kết phối hợp yếu hơn và mềm hơn. Điều này dẫn đến một lợi thế và hai bất lợi. Một ưu điểm là độ ổn định cao hơn giúp nâng cao độ bền trong quá trình sử dụng. Nhược điểm đầu tiên là tính đa dạng tôpô kém hơn trong các hình học khung cho đến nay đã đạt được. Nhược điểm thứ hai là khó thu được COF có độ kết tinh cao đến mức có thể nhận biết được hình dạng tinh thể bằng kính hiển vi quang học. Cả hai nhược điểm này đều xuất phát từ cùng một nguyên nhân—bản chất có độ cứng cao và có tính định hướng của liên kết cộng hóa trị (so với các liên kết phối hợp ít cứng hơn và ít định hướng hơn tạo thành MOF). Việc giải quyết những nhược điểm này là điều không thể tránh khỏi để thúc đẩy các ứng dụng của 3D-COF. Để giải quyết những vấn đề này, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Yoichi Murakami thuộc Phòng thí nghiệm Năng lượng Không Carbon tại Viện Nghiên cứu Đổi mới, Viện Công nghệ Tokyo dẫn đầu đã cố gắng tạo ra một loại 3D-COF mới bằng cách kết hợp các phân tử khối xây dựng có chứa các khối linh hoạt. các phân tử. Như được minh họa trong Hình 1a và b, họ đã chọn TAM, một monome có góc linh hoạt theo hướng của bốn chức năng amin, và 4EBDA, là một monome có hai chuỗi bên linh hoạt và hai chức năng aldehyd, để ngưng tụ chúng bằng cách hình thành liên kết imine—một trong những liên kết cộng hóa trị nổi tiếng trong các hợp chất hữu cơ. Chuỗi bên (“R” trong Hình 1b) là một phần của polyethylen glycol, có chức năng được biết là tăng cường vận chuyển các ion Lithium và do đó có thể sử dụng làm chất điện phân thể rắn trong pin Lithium-ion.
Hình 1. 3D-COF thể hiện tính đồng phân khung được phát hiện trong nghiên cứu này. ( a ) Sơ đồ hình thành liên kết imine. (b) Các phân tử khối xây dựng được chọn trong công trình này (R: chuỗi polyethylen glycol) và việc xây dựng một mạng lưới mở rộng bằng cách hình thành liên kết imine thông qua quá trình đa ngưng tụ của các phân tử. (c) Ảnh vi mô quang học của TK-COF-1, TK-COF-2 và TK-COF-3 lần đầu tiên được trồng trong nghiên cứu này. (Hình ảnh: Tokyo Tech) Điều đáng chú ý là sau nhiều lần thử nghiệm nhiều điều kiện hình thành trong dung dịch, nhóm nghiên cứu đã tạo ra những tinh thể đẹp, chất lượng cao với ba hình dạng khác nhau rõ rệt như trong Hình 1c. Các nhà nghiên cứu đặt tên cho những tinh thể này là TK-COF-1, TK-COF-2 và TK-COF-3. Điều đáng ngạc nhiên là nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng ba COF mới này có thành phần hóa học giống hệt nhau. Các phép đo nhiễu xạ tia X của các tinh thể cho thấy cấu trúc nano khác nhau về chất của chúng như trong Hình 2a đến c. Cấu trúc liên kết khung của các tinh thể này được tìm thấy là dia (TK-COF-1), qtz (TK-COF-2) và dia-c3 (TK-COF-3). Đây là một phát hiện quan trọng cho thấy sự đa dạng về cấu trúc và tính chất của 3D-COF có thể tăng lên không chỉ bằng cách chọn phân tử khối thông thường mà còn bằng cách kiểm soát sự xuất hiện của loại đồng phân trong quá trình đa ngưng tụ của các phân tử khối xây dựng. Mật độ của COF (được biểu thị trong các bảng hình) đã được thay đổi thành công với hệ số khoảng 3 do lựa chọn các chất đồng phân, như được chỉ ra trong các bảng của Hình 2.
Hình 2. Cấu trúc khung hiển vi của (a) TK-COF-1, (b) TK-COF-2 và (c) TK-COF-3. Chúng được phát hiện có cấu trúc liên kết khung dia, qtz và dia-c3 tương ứng. (Hình ảnh: Tokyo Tech) Tóm lại, công trình này chứng minh rằng các đặc tính chính của 3D-COF (mật độ, kích thước lỗ rỗng, tính chất cơ học, v.v.) có thể được điều chỉnh ở một mức độ tự do mới bằng cách sử dụng sự xuất hiện và kiểm soát của đồng phân cấu trúc. Kết quả này sẽ đẩy nhanh các ứng dụng COF trong tương lai.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64793.php
