16:23 2022-01-19
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Grupuri de apă în cadre organice covalente poroase cristaline hidrofobe
_ Water clusters în hidrofob Cadre organice covalente poroase cristaline
Chimiștii de la Universitatea Națională din Singapore au dezvoltat nanocanale poroase hidrofobe ale cadrelor organice covalente care pot fi folosite pentru a limita și transporta grupuri de apă.
Apa este esențială pentru viața de zi cu zi. iar comportamentul său poate varia în diferite materiale gazdă. De exemplu, apa captată în hidrogeluri hidrofile poate duce la blocarea strânsă a moleculelor de apă în material. Materialele hidrofobe, pe de altă parte, impun o preconcepție de a avea o afinitate slabă pentru moleculele de apă, deoarece acestea le resping. Această idee exclude studiul amplu al izolării apei în materialele hidrofobe.
O echipă de cercetare condusă de profesorul Jiang Donglin de la Departamentul de Chimie, Universitatea Națională din Singapore a realizat izolarea apei în materiale microporoase hidrofobe. Ei au limitat cu succes moleculele de apă folosind materialele lor special dezvoltate, cunoscute sub numele de cadre organice covalente microporoase cristaline hidrofobe (COF), prin împletirea benzilor de „pseudo-hidrofilitate” într-un mediu hidrofob. Echipa a determinat în continuare limita mărimii porilor pentru diferite topologii (canale trigonale, tetragonale și hexagonale) în realizarea adsorbției bazate pe clustere de apă. Aceste constatări sunt importante pentru proiectarea viitoare a pompelor de căldură cu apă, transportul și separarea apei, precum și pentru realizarea fluxului unic prin materiale pentru transportul rapid al apei.
Cercetătorii au dezvoltat trei modele diferite de materiale, trigonale. cadre organice covalente microporoase, tetragonale și hexagonale cu porozitate ridicată (vezi Figura 1). Cadrul în sine este hidrofob și conectat prin legături polare carbon-azot (C=N) imină. Aceste locuri polare se aliniază vertical pentru a forma benzi de „pseudo-hidrofilitate” în interiorul pereților hidrofobi, formând canale. Moleculele de apă interacționează de preferință cu benzile „pseudo-hidrofile” pentru nucleare. Aceste molecule de apă cresc apoi în grupuri mici care se potrivesc și apoi sunt adsorbite în canale. Ca rezultat, aceste COF microporoase sunt capabile să conțină cu ușurință molecule de apă. Mai mult de 90% din spațiul liber dintr-un canal poate fi ocupat de molecule de apă. Interesant, în aceste canale, apa nu se comportă ca apa în vrac. În schimb, rețeaua extinsă de legături de hidrogen prezentă în apa în vrac este descompusă și reconstruită în grupuri mici atunci când este închisă în aceste canale. Acest lucru ar putea modifica proprietățile intrinseci ale apei.
Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că dintre cele trei modele diferite, comportamentul acestor grupuri de apă este mai sensibil la designul porilor trigonali. Adsorbția vaporilor de apă poate fi oprită cu ușurință prin adăugarea unei grupări metil (CH3) pe pereții porilor trigonali (vezi Figura 2). Aplicând o tehnică de inginerie a suprafeței la pori, cantitatea de molecule de apă adsorbite poate fi redusă la jumătate de la 93 la sută la 49 la sută. Aceste modificări semnificative în comportamentul de adsorbție a apei arată că proiectarea moleculară în COF este importantă pentru controlul accesului la apă în material. Un astfel de control fin este rar și dificil de realizat în alte materiale.
Cu cunoștințele dobândite în urma acestei lucrări, echipa intenționează să exploreze în continuare interacțiunile dintre COF și moleculele de apă.
Profesorul Jiang Donglin a spus: „Descoperirile cercetării noastre arată că porii hidrofobi mici pot deveni un jucător central în dezvoltarea tehnologiilor care schimbă jocul pentru absorbția, transportul și separarea apei și conversia energiei pompei de căldură.”
Comentarii:
Adauga Comentariu