Transformación inducida por blanqueamiento para filtros de aire duraderos para la humedad

28.06.2019

DGIST

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La adición de hidroquinona, un ingrediente blanqueador de la piel, a una conocida"estructura metálica orgánica" cambia sus iones de cobre de una manera que hace que este material poroso sea excepcionalmente estable en el agua.

"Hemos desarrollado un nuevo método para mejorar la estabilidad al agua de las estructuras orgánicas metálicas, con potencial para aplicaciones que pueden filtrar y purificar eficazmente el aire del polvo ultrafino sin descomponerse debido a la humedad", dice el científico de materiales del DGIST Nak Cheon Jeong. Los investigadores coreanos reportaron sus hallazgos en el Journal of the American Chemical Society.

Las estructuras orgánicas metálicas (MOF) están hechas de iones metálicos unidos por enlaces orgánicos. Se ensamblan de tal manera que conducen a la formación de estructuras internas parecidas a una jaula, dando al material su naturaleza porosa. Los MOFs tienen una superficie impresionante en comparación con otros materiales porosos. Es esto, y la capacidad de los científicos para afinar sus estructuras, lo que ha llevado a su uso en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo la captación de gas, la separación de moléculas, la administración de fármacos y la catálisis. La mayoría de los MOF se descomponen en presencia de humedad y agua, por lo que los científicos han estado buscando formas de hacerlos más duraderos.

Jeong y sus colegas encontraron que tratar un conocido MOF a base de cobre, llamado HKUST-1, con hidroquinona a 80°C hacía que el material fuera tan estable que no se degradara después de semanas de sumergirlo en agua o incluso después de dos años de exposición al aire húmedo.

Los iones de cobre y sus enlaces orgánicos en HKUST-1 se ensamblan para formar jaulas grandes y pequeñas con nodos de iones metálicos en forma de rueda de paletas. Normalmente, las moléculas de agua se unen a los elementos dentro de este MOF, desplazando los enlaces entre los iones de cobre y los enlaces orgánicos, y causando que el material se degrade o se transforme en un sólido no poroso. El tratamiento de hidroquinona, por otro lado, conduce a un HKUST-1 muy estable en el agua.

Jeong y su equipo encontraron que un solo electrón de la hidroquinona se transfiere a iones cúpricos (Cu2+) dentro de HKUST-1, cambiándolos a iones cúpricos (Cu+). Este cambio es autolimitado: no más del 30% de los iones cúpricos cambian de esta manera. La mitad de los iones de Cu+ permanecen en sus posiciones en las jaulas de las ruedas de paletas de HKUST-1. Pero la otra mitad forma complejos que se disocian de la estructura y quedan atrapados dentro de las jaulas más pequeñas del material, como un barco en una botella.

Se necesitan más estudios para entender exactamente cómo estos cambios conducen a una mejora tan sustancial en la estabilidad del HKUST-1 en el agua.

Jeong y su equipo creen que el mismo concepto podría aplicarse a otros MOF de rueda de paletas de cobre. Planean llevar a cabo una investigación de seguimiento sobre las posibles aplicaciones prácticas de su enfoque.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)

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