محققان کشورمان با استفاده از روشی ترکیبی موفق به ساخت چارچوب‌های فلز-آلی در ابعاد نانو شدند. با استفاده از این روش، زمان تهیه‌ی نانوساختارها کاهش چشمگیری خواهد داشت. نتایج این تحقیقات مورد توجه صنایع گاز و پتروشیمی قرار خواهد گرفت.
دانشگاه تربیت مدرس: ساخت نانو چارچوب‌های فلز-آلی در کمترین زمان ممکن
چارچوب‌های فلز-آلی به عنوان طبقه جدیدی از مواد کریستالی متخلخل پدیدار شده‌اند. کاهش اندازه ذرات این ترکیبات به ابعاد نانو بسیار جذاب است. یکی از روش‌های مورد استفاده برای تهیه‌ی این دسته از ترکیبات در ابعاد نانو، روش مدولاسیون است. در این روش از ترکیبی با گروه عاملی مشابه با یکی از اتصال دهنده‌های آلی استفاده می‌شود. این گروه‌های عاملی در رقابت با اتصال‌دهنده‌های آلی، اطراف سایت فعال فلزی قرار گرفته و اجازه رشد به چارچوب فلز-آلی در این جهت را نمی‌دهد.
با توجه به نتایج این تحقیق، با ترکیب دو روش مدولاسیون و سونوشیمی، می‌توان در کمترین زمان ممکن چارچوب‌های فلز-آلی در ابعاد نانو را تهیه کرد.
دکتر سید محمدامین علوی، دانش‌آموخته‌ی شیمی معدنی از دانشگاه تربیت مدرس، در خصوص نتایج این تحقیقات بیان کرد: « ما در این پژوهش توانستیم با ادغام دو روش مدولاسیون و سونوشیمی، در زمانی کمتر از ۹۰ دقیقه نانومیله‌هایی از این ترکیب را تهیه کنیم. در حالی‌که با روش مدولاسیون به تنهایی، حداقل زمان لازم برای ساخت این نانومیله‌ها ۲۴ ساعت گزارش شده است. همچنین در صورت کاربرد روش سونوشیمی به تنهایی نیز ابعاد ساختارهای به دست آمده بالای ۱۰۰ نانومتر خواهد بود. اما در نتیجه‌ی ادغام این روش با شیوه‌ی مدولاسیون، نانومیله‌هایی ۸۰ نانومتری حاصل شد.»
این دسته از ترکیبات به دلیل داشتن تخلخل بالا به عنوان جاذب، ذخیره کننده‌ی گازها و کاتالیست مورد استفاده قرار می‌گیرند. لذا در صنایع گاز و پتروشیمی و حتی به عنوان حامل دارو در حوزه‌ی پزشکی قابلیت کاربردی شدن دارند.
این محققان در مطالعات خود چهار نانوساختار مختلف تهیه نموده‌اند. در واقع تفاوت اصلی این نانوساختارها بسته به نوع لیگاند آلی و سایت فلزی مورد استفاده بوده است. نتایج حاکی از این است که با تغییر لیگاند از ترفتالیک اسید به آمینوترفتالیک اسید، ساختار چارچوب از نانومیله و نانوساختارهای سوزنی شکل به نانولوله تغییر می‌کند. لازم به ذکر است تاثیر استفاده از روش سونوشیمی، کوچک نمودن ابعاد چارچوب‌های فلز-آلی تهیه شده به محدوده‌ی نانو بوده است.
برای تهیه‌ی این نانوساختارها، در ابتدا استات مس با غلظت مورد نظر در حلال دی متیل فرمامید تحت تاثیر امواج فراصوت حل شد. سپس از دو لیگاند آمینو بنزن دی کربوکسیلیک اسید و تری اتیلن دی آمین نیز به نسبت مولی مشخص به محلول اضافه شد. این ترکیب در زمان‌های مختلف و دمای محیط تحت تاثیر امواج فراصوت قرار گرفت. پس از گذشت زمان مورد نظر، رسوب سبز رنگی تشکیل شد که با استفاده از کاغذ صافی مخصوص و پمپ خلا از محلول جدا شده و چندین بار شستشو داده شد. در نهایت رسوب حاصل در دمای محیط خشک شد و جهت انجام آزمون‌های مورد نظر مورد استفاده قرار گرفت.
این محققان معتقدند با توجه به روش سونوشیمی و تئوری مکانیسم نقاط داغ، تشکیل حباب، رشد و ترکیدن آن سبب ایجاد نقاطی داغ با دما و فشار بالا می‌شود. این پدیده منجر به تشکیل هسته‌های اولیه خواهد شد. در ادامه‌ی رشد هسته‌ها، با کمک روش مدولاسیون و مکانیسم رقابتی ایجاد شده مابین لیگاند دی کربوکسیلیک اسید و یون‌های استات، رشد نانوساختارهای یک بعدی را در پی دارد.
به گفته‌ی علوی، بسته به نحوه‌ی رشد نانوساختارهای یک بعدی و افزایش مساحت سطح آن‌ها، تفاوت‌هایی در خواص این ترکیبات ایجاد می‌شود. از این‌رو می‌توان با تغییر لیگاندها تاثیر عوامل مختلف را به‌صورت جامع‌تری مورد بررسی قرار داده و روندی مشخص برای نحوه و میزان تاثیر هر عامل به دست آورد.
نتایج این تحقیقات که حاصل همکاری دکتر علی مرسلی- عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس و دکتر سید محمدامین علوی است، در مجله‌ی Ultrasonics Sonochemistry (جلد ۲۲، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۳۴۹ تا ۳۵۸) منتشر شده است.
با توجه به نتایج این تحقیق، با ترکیب دو روش مدولاسیون و سونوشیمی، می‌توان در کمترین زمان ممکن چارچوب‌های فلز-آلی در ابعاد نانو را تهیه کرد.
دکتر سید محمدامین علوی، دانش‌آموخته‌ی شیمی معدنی از دانشگاه تربیت مدرس، در خصوص نتایج این تحقیقات بیان کرد: « ما در این پژوهش توانستیم با ادغام دو روش مدولاسیون و سونوشیمی، در زمانی کمتر از ۹۰ دقیقه نانومیله‌هایی از این ترکیب را تهیه کنیم. در حالی‌که با روش مدولاسیون به تنهایی، حداقل زمان لازم برای ساخت این نانومیله‌ها ۲۴ ساعت گزارش شده است. همچنین در صورت کاربرد روش سونوشیمی به تنهایی نیز ابعاد ساختارهای به دست آمده بالای ۱۰۰ نانومتر خواهد بود. اما در نتیجه‌ی ادغام این روش با شیوه‌ی مدولاسیون، نانومیله‌هایی ۸۰ نانومتری حاصل شد.»
این دسته از ترکیبات به دلیل داشتن تخلخل بالا به عنوان جاذب، ذخیره کننده‌ی گازها و کاتالیست مورد استفاده قرار می‌گیرند. لذا در صنایع گاز و پتروشیمی و حتی به عنوان حامل دارو در حوزه‌ی پزشکی قابلیت کاربردی شدن دارند.
این محققان در مطالعات خود چهار نانوساختار مختلف تهیه نموده‌اند. در واقع تفاوت اصلی این نانوساختارها بسته به نوع لیگاند آلی و سایت فلزی مورد استفاده بوده است. نتایج حاکی از این است که با تغییر لیگاند از ترفتالیک اسید به آمینوترفتالیک اسید، ساختار چارچوب از نانومیله و نانوساختارهای سوزنی شکل به نانولوله تغییر می‌کند. لازم به ذکر است تاثیر استفاده از روش سونوشیمی، کوچک نمودن ابعاد چارچوب‌های فلز-آلی تهیه شده به محدوده‌ی نانو بوده است.
برای تهیه‌ی این نانوساختارها، در ابتدا استات مس با غلظت مورد نظر در حلال دی متیل فرمامید تحت تاثیر امواج فراصوت حل شد. سپس از دو لیگاند آمینو بنزن دی کربوکسیلیک اسید و تری اتیلن دی آمین نیز به نسبت مولی مشخص به محلول اضافه شد. این ترکیب در زمان‌های مختلف و دمای محیط تحت تاثیر امواج فراصوت قرار گرفت. پس از گذشت زمان مورد نظر، رسوب سبز رنگی تشکیل شد که با استفاده از کاغذ صافی مخصوص و پمپ خلا از محلول جدا شده و چندین بار شستشو داده شد. در نهایت رسوب حاصل در دمای محیط خشک شد و جهت انجام آزمون‌های مورد نظر مورد استفاده قرار گرفت.
این محققان معتقدند با توجه به روش سونوشیمی و تئوری مکانیسم نقاط داغ، تشکیل حباب، رشد و ترکیدن آن سبب ایجاد نقاطی داغ با دما و فشار بالا می‌شود. این پدیده منجر به تشکیل هسته‌های اولیه خواهد شد. در ادامه‌ی رشد هسته‌ها، با کمک روش مدولاسیون و مکانیسم رقابتی ایجاد شده مابین لیگاند دی کربوکسیلیک اسید و یون‌های استات، رشد نانوساختارهای یک بعدی را در پی دارد.
به گفته‌ی علوی، بسته به نحوه‌ی رشد نانوساختارهای یک بعدی و افزایش مساحت سطح آن‌ها، تفاوت‌هایی در خواص این ترکیبات ایجاد می‌شود. از این‌رو می‌توان با تغییر لیگاندها تاثیر عوامل مختلف را به‌صورت جامع‌تری مورد بررسی قرار داده و روندی مشخص برای نحوه و میزان تاثیر هر عامل به دست آورد.
نتایج این تحقیقات که حاصل همکاری دکتر علی مرسلی- عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس و دکتر سید محمدامین علوی است، در مجله‌ی Ultrasonics Sonochemistry (جلد ۲۲، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۳۴۹ تا ۳۵۸) منتشر شده است.
