نانوذرات جدیدی که می توانند ذرات آلاینده آب و هوا را جذب کنند

پژوهشگران آمریکایی، نوع جدیدی از نانوذرات را ابداع کرده‌اند که می‌توانند به ذرات آلاینده آب و هوا متصل شوند و آنها را جذب کنند. 

به گزارش ایسنا و به نقل از نانومگزین، شاید یک نانوذره جدید بتواند کار بزرگی را در حوزه شیمی انجام دهد. "کارل بروزک"(Carl Brozek)، شیمی‌دان "دانشگاه اورگن"(University of Oregon) آمریکا و گروهش، نوعی ماده متخلخل همه‌کاره موسوم به "چارچوب فلزی-آلی"(MOF) را به نانوکریستال‌ها تبدیل کرده‌اند تا استفاده از آنها فراتر از کاربردهای آزمایشگاهی، آسان‌تر شود. نانوذراتی از این دست، طیف وسیعی از کاربردهای احتمالی را دارند؛ از پوشش‌های سطحی که می‌توانند بار الکتریکی را ذخیره کنند تا فیلترهایی که آلاینده‌ها را از هوا یا آب حذف می‌کنند.

بروزک گفت: این نانوکریستال‌ها، کوچک‌ترین و پایدارترین نمونه‌های چارچوب فلزی-آلی هستند که تاکنون ساخته شده‌اند و ویژگی‌های جالبی دارند؛ به ویژه اینکه می‌توانند رسانای الکتریسیته باشند و با توجه به اندازه ذره، رفتار متفاوتی را نشان دهند.

وی افزود: به نظر می‌رسد که ما واقعا به حوزه جدیدی وارد شده‌ایم.

چارچوب‌های فلزی-آلی، مواد اسفنج مانندی هستند که از یون‌های فلزی مانند آهن یا روی تشکیل شده‌ و با مولکول‌های کوچک مبتنی بر کربن به هم متصل شده‌اند. چارچوب‌های فلزی-آلی مانند یک تکه پنیر سوئیسی پر از سوراخ، دارای شکاف‌هایی هستند که می‌تواند آنها را برای کاربردهایی از جمله گرفتن مولکول‌های خاص مانند دی‌اکسید کربن از جو یا گرفتن سرب از آب آشامیدنی ایده‌آل سازد زیرا فضای زیادی برای اتصال به مولکول‌های مورد نظر وجود دارد. ابداع چارچوب‌های فلزی-آلی در ابعاد نانو، به ویژه در صنعت کاربرد دارد زیرا این ذرات کوچک را می‌توان در یک محلول معلق کرد و سپس، آنها را برای پوشاندن یکنواخت سطح به کار برد.

بروزک گفت: در هر حال، ساخت چارچوب‌های فلزی-آلی در قالب نانوذرات همیشه یک چالش بوده است.

چارچوب‌های فلزی-آلی به واسطه مجموعه‌ای از واکنش‌های شیمیایی تشکیل می‌شوند که یون‌های فلزی را به مولکول‌های پیونددهنده متصل می‌کند. گروه بروزک، یک عنصر سوم را اضافه کردند. این عناصر، مولکول‌هایی هستند که از پیونددهنده‌ها تقلید می‌کنند اما فقط می‌توانند در یک پایانه به چیزی متصل شوند. آنها مانند بن‌بستی برای چارچوب‌های فلزی-آلی در حال رشد هستند و کوچک ماندن آنها را تضمین می‌کنند.

بروزک گفت: یکی از نکات هیجان‌انگیز در مورد کار ما این است که نه تنها چارچوب‌های فلزی-آلی ویژه را در قالب یک نانوکریستال ارائه می‌دهد، بلکه یکی از کوچکترین چارچوب‌های فلزی-آلی را ارائه می‌کند که تاکنون ساخته شده است.

این نانوذرات ساخته‌شده از تری‌آزولات آهن، تطبیق‌پذیر هستند و در اندازه‌های مختلف و حتی در دماهای گوناگون، رفتار متفاوتی را نشان می‌دهند. بروزک ادامه داد: این پژوهش، طیف گسترده‌ای از احتمالات را ارائه می‌دهد. دانشمندان می‌توانند با تنظیم کردن اندازه نانوذرات یا دمای محیط، آنها را طوری تنظیم کنند که رفتار خاصی داشته باشند. همچنین، آنها می‌توانند از روش مشابهی برای طراحی سایر چارچوب‌های فلزی-آلی در قالب نانوکریستال‌ با ترکیب‌های مختلفی از یون‌های فلزی و مولکول‌های پیونددهنده استفاده کنند.

"چکرز مارشال"(Checkers Marshall)، از پژوهشگران این پروژه گفت: این پژوهش، بسیار اساسی است. من فکر می‌کنم مهم‌ترین نکته این است که ما می‌توانیم این نانوذرات را تولید کنیم و آنها ویژگی‌های وابسته به اندازه را نشان می‌دهند که پیشتر مشاهده نشده بود. این دو مورد پیشرفت، به تطبیق یافتن نحوه اعمال چارچوب‌های فلزی-آلی با دستگاه‌های موجود و همچنین، کنترل وابستگی آنها به اندازه کمک می‌کنند.

بروزک و گروهش در حال حاضر در حال بررسی کاربردهای بالقوه نانوذرات تری‌آزولات آهن و سایر تغییرات آن هستند.

بروزک گفت: اکنون که می‌توانیم چنین موادی را بسازیم، این احتمال وجود دارد که بتوانیم غشاهایی را ابداع کنیم که در دنیای واقعی سودمند باشند. برای نمونه، نانوذرات چارچوب‌های فلزی-آلی که سطحی را پوشش می‌دهند، می‌توانند مولکول‌های دی‌اکسید کربن را که ممکن است در جو منتشر ‌شوند، جذب کنند یا می‌توان این ذرات را طوری مهندسی کرد که به آلاینده‌های موجود در آب متصل شوند.