Tenun benang organik menjadi kerangka organik kovalen kristal

Ada banyak cara yang berbeda untuk membuat Nanomaterials tetapi tenun, metode tertua dan paling abadi pembuatan kain, belum ada satupun dari mereka sampai sekarang. Sebuah kolaborasi internasional yang dipimpin oleh para ilmuwan di US Department of Energy (DOE) Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) dan University of California (UC) Berkeley, telah menjalin kerangka pertama tiga dimensi kovalen organik (COFs) dari heliks benang organik.

COFs anyaman menampilkan keuntungan yang signifikan dalam fleksibilitas struktural, ketahanan dan reversibilitas lebih COFs sebelumnya, bahan yang sangat berharga untuk potensi mereka untuk menangkap dan menyimpan karbon dioksida kemudian mengubahnya menjadi produk kimia yang berharga.

“Kami telah mengambil seni tenun ke tingkat atom dan molekul, memberi kita cara baru yang kuat memanipulasi materi dengan presisi yang luar biasa untuk mencapai sifat mekanik yang unik dan berharga”, kata Omar Yaghi, seorang ahli kimia yang memegang janji bersama dengan Berkeley Divisi Ilmu Material Lab dan Kimia Departemen UC Berkeley dan co-direktur Kavli Energi nanosains Institute (Kavli-ENSI).

tenun-atom-molekul

“Tenun dalam kimia telah lama dicari dan tidak diketahui dalam biologi”, kata Yaghi. “Namun kami telah menemukan cara tenun benang organik yang memungkinkan kita untuk merancang dan membuat dua kompleks dan tiga-dimensi struktur diperpanjang organik”.

Yaghi adalah penulis journal di Ilmu teknik baru ini. Makalah ini berjudul “Weaving of organic threads into a crystalline covalent organic framework”. Para penulis timbal adalah Yuzhong Liu, Yanhang Ma dan Yingbo Zhao. Lainnya co-penulis Xixi Sun, Felipe Gandara, Hiroyasu Furukawa, Zheng Liu, Hanyu Zhu, Chenhui Zhu, Kazutomo Suenaga, Peter Oleynikov, Ahmad Alshammari, Xiang Zhang dan Osamu Terasaki.

COFs dan bahan sepupu mereka, kerangka organik logam (MOFs) yang berpori kristal tiga dimensi dengan area permukaan internal yang luar biasa besar yang dapat menyerap dan menyimpan jumlah besar dari molekul yang ditargetkan. Diciptakan oleh Yaghi, COFs dan MOFs terdiri dari molekul-molekul (organik untuk COFs dan logam-organik untuk MOFs) yang dijahit ke dalam kerangka kerja netlike besar dan diperpanjang yang struktur yang diselenggarakan bersama oleh ikatan kimia yang kuat. Kerangka kerja seperti menunjukkan janji besar antara aplikasi lain, penyerapan karbon. Melalui teknik lain yang dikembangkan oleh Yaghi yang disebut “kimia reticular” kerangka kerja ini juga dapat tertanam dengan katalis untuk melaksanakan fungsi yang diinginkan, misalnya mengurangi karbon dioksida menjadi karbon monoksida yang berfungsi sebagai sebuah blok bangunan utama untuk berbagai kimia produk termasuk bahan bakar, obat-obatan dan plastik.

Dalam studi terbaru ini, Yaghi dan rekan-rekannya menggunakan tembaga (I) yang kompleks sebagai template untuk membawa benang dari organik senyawa “phenanthroline” ke dalam pola tenun untuk menghasilkan kerangka berbasis immine mereka dijuluki COF-505. Melalui X-ray dan difraksi elektron penokohan, para peneliti menemukan bahwa tembaga (I) ion dapat reversibel dihapus atau dikembalikan ke COF-505 tanpa mengubah struktur anyaman tersebut. Demetalation dari COF menghasilkan peningkatan sepuluh kali lipat dalam elastisitas dan remetalation memulihkan COF untuk kekakuan aslinya.

“Itu sistem kami dapat beralih di antara dua negara elastisitas reversibel dengan operasi sederhana, demonstrasi seperti pertama dalam struktur kimia diperpanjang, berarti bahwa bersepeda antara negara-negara ini dapat dilakukan berulang-ulang tanpa menurunkan atau mengubah struktur”, kata Yaghi. “Berdasarkan hasil ini, mudah untuk membayangkan penciptaan kain molekul yang menggabungkan biasa ketahanan, kekuatan, fleksibilitas dan variabilitas kimia dalam satu materi”.

Yaghi mengatakan bahwa MOFs juga dapat ditenun seperti dapat semua struktur berdasarkan kerangka netlike. Selain itu, struktur-struktur anyaman juga bisa dibuat sebagai nanopartikel atau polimer yang berarti mereka dapat dibuat menjadi film tipis dan perangkat elektronik.

“Teknik tenun kami memungkinkan benang panjang molekul kovalen terkait untuk menyeberang secara berkala”, kata Yaghi. “Penyeberangan ini berfungsi sebagai titik registry sehingga benang memiliki banyak derajat kebebasan untuk menjauh dari dan kembali ke titik tersebut tanpa runtuh struktur keseluruhan, anugerah bagi pembuatan bahan dengan sifat mekanik yang luar biasa dan dinamika”.

Penelitian ini terutama didukung oleh BASF (Jerman) dan King Abdulaziz City untuk Sains dan Teknologi (KACST).

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *