Chemicy z USA zsyntetyzowali kowalencyjny szkielet organiczny zdolny do selektywnego pochłaniania dwutlenku węgla z powietrza. Pod wpływem ciepła dwutlenek węgla ulega desorpcji. Jak piszą autorzy badania w czasopiśmie „Nature”, uzyskany materiał wytrzymał ponad 100 cykli adsorpcji i desorpcji dwutlenku węgla z powietrza ulicznego.
Kowalencyjne struktury organiczne (COF) to krystaliczne i porowate struktury zbudowane z cząsteczek organicznych. Są one często wykorzystywane do selektywnej absorpcji gazów, w tym dwutlenku węgla (CO2). Jednak chemicy nie wynaleźli jeszcze struktur zdolnych do selektywnej absorpcji CO2 z powietrza, ponieważ jego stężenie w powietrzu jest bardzo niskie – około 400 części na milion.
Jednak niedawno naukowcy pod kierownictwem Omara M. Yaghiego z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley opracowali konstrukcję zdolną do selektywnego pochłaniania CO2 z powietrza. Ich pomysł polegał na tym, że pory konstrukcji wypełnione były grupami aminowymi zdolnymi do kowalencyjnego wiązania cząsteczek dwutlenku węgla w karbaminiany.
Aby uzyskać pożądaną strukturę, chemicy najpierw zsyntetyzowali szkielet z dużą liczbą grup azydkowych z modyfikowanego bifenylodikarbaldehydu i 1,3,5-tris(4-cyjanometylofenylo)benzenu, który poddali kondensacji Knevenagela. Naukowcy odzyskali otrzymaną substancję za pomocą trifenylofosfiny w wodzie – jednocześnie grupy azydkowe przekształciły się w grupy aminowe. Chemicy zmieszali produkt tej reakcji z azyrydyną, która została otwarta przez grupy aminowe szkieletu, tworząc rozgałęzione łańcuchy węglowe zawierające dużą liczbę nowych grup aminowych. W ten sposób naukowcy otrzymali szkielet poliaminowy COF-999, który scharakteryzowano za pomocą spektroskopii NMR w ciele stałym.
Następnie chemicy zbadali zdolność COF-999 do adsorpcji różnych składników powietrza – azotu, tlenu, argonu i dwutlenku węgla. Stwierdzili, że pierwsze trzy składniki praktycznie nie są absorbowane przez ramę, natomiast dwutlenek węgla jest absorbowany szybko i w dużych ilościach. Przy zerowej wilgotności powietrza COF-999 adsorbował do 0,96 milimola dwutlenku węgla na gram ramy. A gdy wilgotność wzrosła do 50%, pojemność materiału wzrosła do dwóch milimoli CO₂ na gram.
Następnie naukowcy przetestowali COF-999 w warunkach ulicznych. W ciągu 20 dni naukowcy przeprowadzili 100 kolejnych cykli adsorpcji-desorpcji CO2 z powietrza ulicznego w Kalifornii. Średnia pojemność ramy wynosiła 1,28 milimola CO2 na gram. Co więcej, po 20-dniowym eksperymencie struktura i aktywność COF-999 nie uległy zmianie.
W ten sposób chemicy zsyntetyzowali pierwszy kowalencyjny szkielet organiczny zdolny do selektywnej absorpcji do dwóch milimoli dwutlenku węgla na gram absorbenta w ciągu godziny. W przyszłości naukowcy planują zsyntetyzować zestaw podobnych szkieletów i porównać ich zdolność do absorpcji CO2.
Wcześniej omawialiśmy, w jaki sposób chemicy zsyntetyzowali kowalencyjny szkielet organiczny z wiązaniami topologicznymi.
