Naučnici su nedavno otkrili efikasniji i održiviji metod za proizvodnju metalnih kapsuliranih kovalentnih organskih okvira (COF). Ovi materijali imaju značajnu primenu u oblastima kao što su kataliza, skladištenje energije i hemijsko senzitivno prepoznavanje.
Ovaj novi proces, razvijen kroz saradnju Univerziteta Clark Atlanta i Nacionalne laboratorije Lorensa Berklija, omogućava proizvodnju COF materijala u jednom koraku, na sobnoj temperaturi. Eliminiše potrebu za toksičnim rastvaračima i značajno smanjuje vreme proizvodnje sa nekoliko dana na samo jedan sat.
Metalni COF-ovi sa kapsulama su posebno interesantni zbog svoje sposobnosti da deluju kao katalizatori, ubrzavajući hemijske reakcije bez gubitka materijala u procesu. Oni predstavljaju strukturu sličnu Lego kockama, sa dobro definisanim porama ili otvorima. Ugradnjom metala unutar ovih pora, formiraju se metalne kapsule u COF materijalu, što značajno unapređuje efikasnost reakcija.
U tradicionalnim metodama, COF materijali sa metalnim kapsulama se proizvode kroz višestepeni proces koji traje nekoliko dana. Prvo se formiraju COF-ovi, a zatim se metalne vrste ugrađuju. Ovaj postupak zahteva upotrebu opasnih rastvarača, visoke temperature i uslove bez prisustva vazduha.
Suprotno tome, nova metoda koju su usavršili istraživači Univerziteta Clark Atlanta i Molecular Foundri je jednostavan proces u jednom koraku, koji se odvija u jednom sudu, slično kao recept za kuvanje testenine, za samo jedan sat na sobnoj temperaturi bez potrebe za toksičnim rastvaračima ili posebnim uslovima. Ovi rezultati su nedavno objavljeni u časopisu ACS Sustainable Chemistri & Engineering.
Normanda Braun, postdiplomac na Univerzitetu Clark Atlanta i prvi autor studije, ističe: „Uspešno smo ubrzali proces sinteze COF materijala, čineći ga istovremeno održivijim.“ Ovo unapređenje efikasnosti i održivosti procesa može omogućiti širu primenu ovih specifičnih materijala.
Ovaj brz metod proizvodnje COF materijala sa metalnim kapsulama zahvaljujući mehanohemiji, procesu koji koristi mehaničku silu za pokretanje hemijskih reakcija. Braun objašnjava: „Mehanohemija jednostavno inicira hemijske reakcije putem mehaničke sile, bilo da je to mlevenje, sečenje ili drobljenje.“
U ovoj tehnici, mlin sa kuglicama se koristi za mešanje potrebnih sastojaka za stvaranje COF materijala sa metalnim kapsulama. Za potvrdu ispravnosti COF-ova sa metalnim kapsulama i procenu njihovih svojstava, tim Univerziteta Clark Atlanta sarađivao je sa naučnicima iz Molecular Foundri, Jeffom Urbanom i Ii Liuom.
Kao dokaz funkcionalnosti, COF materijal sa metalnim kapsulama je uspešno korišćen za katalizaciju reakcije spajanja Suzuki-Miiaura, često korišćene metode u organskoj hemiji za formiranje veza ugljenik-ugljenik. Budućnost ovog mehanohemijskog pristupa jednostavnoj sintezi u jednom koraku može se primeniti na različite metale i COF materijale za različite svrhe kao što su kataliza, skladištenje energije, skladištenje gasova, hemijsko prepoznavanje i adsorpcija i separacija.
Normanda Braun i saradnici su nedavno objavili studiju pod nazivom „Mehanohemijska in situ inkapsulacija paladijuma u kovalentne organske okvire“ u časopisu ACS Sustainable Chemistri & Engineering.
