ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

طراحی چارچوب آلی فلزی که تغییر پیکربندی می‌دهد

ساختار دو بعدی متخلخلی ساخته شده که با استفاده از یک عامل محرک خارجی می‌تواند تغییر پیکربندی داده و به ساختار دو بعدی غیرمتخلخل تبدیل شود. این ماده کاربردهای مختلفی از جمله به‌دام اندازی مولکول‌های درشت دارد.

محققان انجمن تحقیقات ملی اسپانیا (CSIC) مواد متخلخل سه بعدی ساختند که قادر است در اثر اعمال محرک خارجی، تغییر پیکربندی داده و به ساختار غیرمتخلخل دو بعدی تبدیل شود. با حذف عامل محرک خارجی، این ساختار می‌تواند مجدداً با شکل سه بعدی متخلخل اولیه خود باز گردد. این دستاورد کاربردهای مختلفی در حوزه‌ی جداسازی گاز، جذب گاز، کاتالیست، کپسوله کردن داروها و جذب مواد سمی دارد.

این گروه تحقیقاتی با استفاده از مولکول‌های بور اقدام به تولید ساختار انعطاف‌پذیر کروی کردند. خوزه جینر از محققان این پروژه می‌گوید: «ساختار کروی لیگند مورد استفاده در این ماده، کلید اصلی در توانمندی تغییر ساختار بوده و این امکان را فراهم می کند تا ماده بتواند تغییر پیکربندی دهد؛ بدون این لیگندها ساختار دچار فروپاشی می‌شود.»

این ماده به دسته‌ای از مواد بلوری متخلخل تعلق دارد که از طریق آرایش یون‌ها و خوشه‌های فلزی با استفاده از اتصال‌دهنده‌های آلی تشکیل می‌شوند. به این ساختارها، چارچوب‌های آلی فلزی گفته می‌شود. وجود اتصال‌دهنده‌های کروی موجب می‌شود ساختار بدون این که دچار زوال ساختاری شود، بتواند روی هم حرکت کند. در صورتی که این کره‌ها نباشند، ستونی که ساختار را حفظ می‌کند از میان رفته و فروپاشی اتفاق می‌افتد.

تغییر پیکربندی هم می‌تواند با استفاده از حلال‌های آلی رایج انجام شود و هم با گاز دی‌اکسید کربن.. این اولین باری است که انعطاف‌پذیر و دینامیک غیرمعمول نسل سوم چارچوب‌های آلی فلزی توضیح داده می‌شود. این راهبرد براساس وجود اتصال دهنده‌های کربوران مبتنی بر دی‌پیریدیل تعریف شده‌است.

با استفاده از این روش می‌توان ترکیبات و مولکول‌های درشت نظیر فولرین را نیز به دام انداخت. فولرین در حین تغییر پیکربندی از ساختار دو بعدی به سه بعدی به دام می‌افتد.

 نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان An Unprecedented Stimuli-Controlled Single-Crystal Reversible Phase Transition of a Metal-Organic Framework and Its Application to a Novel Method of Guest Encapsulation در نشریه Advanced Materials به چاپ رسیده است.