Nouă metodă analitică dezvăluie procesele chimice din interiorul structurilor moleculare poroase
Cercetătorii de la Universitatea Martin Luther din Halle-Wittenberg (MLU) au dezvoltat o metodă care permite investigarea mediului chimic din interiorul porilor minusculi ai cadrelor organice covalente (COF), materiale poroase cristaline considerate promițătoare pentru o serie de aplicații. Studiul a fost publicat în revista Small.
Cadrele organice covalente sunt compuși cu pori regulați de dimensiuni nanometrice, ceea ce le face potrivite pentru aplicații precum filtrarea poluanților din apă sau utilizarea ca catalizatori în reacțiile chimice. Potrivit Simonei Bassoli, de la Institutul de Chimie al MLU, condiția prealabilă pentru aceste aplicații este ajustarea precisă a mediului chimic din interiorul porilor, iar pentru aceasta trebuie mai întâi să poată fi măsurat cu exactitate.
Măsurătorile exacte ridică însă probleme: porii au doar câțiva nanometri, astfel încât metodele optice nu sunt suficiente, iar alte metode directe de măsurare au și ele limite. Metoda standard folosită în prezent măsoară câte molecule de azot sunt adsorbite în pori la aproximativ -196°C. „La aceste temperaturi, toată mișcarea moleculară îngheață. Se obține o imagine instantanee fără nicio informație despre interacțiunile chimice sau despre caracterizarea importantă a proprietăților porilor”, explică Sebastian Michler, de la Institutul de Chimie al MLU.
Ideea noului proiect de cercetare a provenit din programul incubator al grupului de formare în cercetare „BEAM”, în cadrul căruia Bassoli și Michler își desfășoară studiile doctorale. În cadrul acestui program, doctoranzii învață să aplice, să planifice și să realizeze independent propriile proiecte de cercetare.
Echipa a produs două variante de COF cu proprietăți contrastante ale porilor: una cu lanțuri moleculare care atrag apa și una cu lanțuri moleculare care resping apa. Diferența urmărea să demonstreze dacă metoda poate detecta deosebiri chimice. În loc de azot, cercetătorii au adăugat un tip special de sondă magnetică la scară moleculară, care se dizolvă în apă la temperatura camerei. Sondele pot fi excitate cu ajutorul microundelor într-un câmp magnetic puternic și transmit astfel un semnal de răspuns.
Cercetătorii au folosit o tehnică cunoscută sub numele de spectroscopie de rezonanță electronică de spin (EPR). Ideea de bază era că, atunci când sondele interacționează cu pereții porilor, semnalul lor de răspuns se modifică. Semnalele au arătat câte sonde s-au legat în interiorul porilor, la ce concentrație s-au acumulat acolo și de ce tip de legătură depindeau de perete. Sondele au indicat, de asemenea, clar dacă și în ce măsură lanțurile moleculare ale porilor erau hidrofile sau hidrofobe.
Metoda completează tehnicile analitice deja consacrate, întrucât oferă informații diferite despre același material. În continuare, cercetătorii doresc să stabilească dacă sondele pot fi folosite pentru a identifica și alte proprietăți ale materialelor și dacă rezultatele pot fi aplicate și altor materiale poroase.
