Forskare vid Göteborgs universitet har tillverkat ett poröst och stabilt material där hålrummen kan användas till förvaring av olika ämnen. Materialet kan komma till användning i både läkemedelsindustrin och för filtrering på molekylnivå.

Porösa material är mycket intressanta inom vetenskapen eftersom de kan interagera med gästpartiklar som joner, atomer och molekyler i de hålrum som finns i materialet. Redan i dag används oorganiska porösa material som zeoliter i bland annat tvättmedel där de har till uppgift att byta ut sina egna natrium-joner mot vattnets kalcium-joner för att göra hårt vatten mjukare.

Problemet med oorganiska porösa material är att de inte är så flexibla att designa efter behov. Nu har forskare vid Göteborgs universitet skapat ett organiskt fast material som består av tunna filmer.

Lättare att designa materialet

– Vår upptäckt bygger på forskning på kovalenta kol-bindningar som belönades med Nobelpriset 2010. Tidigare har vi kunnat skapa organiska, porösa material i pulverform med hjälp av kolmolekyler, men det lämpar sig bäst för att förvara olika gaser i hålrummen. Nu kan vi bygga ett material med lager av tunna filmer som är mycket mer stabilt och lättare att designa som vi vill, säger Martin Ratsch, doktorand på Institutionen för kemi och molekylärbiologi.

Martin Ratsch bygger porösa filmer på en tunn platta av guld där kovalenta kolbindningar skapar en stabil porös yta. Genom att fylla på med en kontrollerad mängd kolbaserade molekyler som aktiveras av grundämnet palladium byggs porösa filmer med önskad tjocklek och storlek på hålrummen. Resultatet blir en jämn yta som tillåter att man kan kombinera lager av filmer med olika egenskaper, lite som en kexchoklad. I hålrummen inne i materialet kan ämnen placeras efter behov.

– Det finns flera användningsområden. Den porösa filmen kan också fungera som ett membran i batterier där man vill kontrollera antalet joner som kan passera.

Filtrering på molekylär nivå

Martin Ratsch pekar även på att det nya materialet kan bli intressant för att filtrera lösningar ner på molekylär nivå, eftersom man kan bestämma storleken på hålrummen. Det skulle teoretiskt kunna gå att filtrera vodka så att etanolmolekylerna fastnar, medan de mindre vattenmolekylerna kan passera genom hålrummen.

Tillverkningen av den porösa filmen har skett i laboratorium i mycket liten skala. Det återstår mycket forskning, inte minst för att göra processen billigare.

– Vi använder oss av en tunn platta av guld när vi bygger upp materialet och har palladium som katalysator för att skapa de kovalenta kolbindningarna. Vi måste hitta ett annat ämne som katalysator innan man kan skala upp tillverkningen. Det bör bli nästa steg i forskningen, och det kan ta 10 år innan det här materialet blir kommersiellt gångbart, tror Martin Ratsch.

Fakta: Kovalenta kolbindningar

En kovalent bindning eller elektronparbindning uppstår när två eller flera atomer delar ett, två eller tre elektronpar mellan sig. I klassisk atomfysik beskrivs det som att det yttersta elektronskalet fylls. Kovalenta bindningar skapar stabila molekylkedjor som är användbart när forskare vill bygga nya material med hög regelbundenhet.

I organiska molekyler ingår alltid kol och väte, men kolatomen är relativt fattig på elektroner och behöver därför hjälp för att bilda kovalenta bindningar. Forskning har visat att grundämnet palladium fungerar som en katalysator när kol ska bilda kovalenta bindningar. Processen är unik eftersom den går att genomföra under milda förhållanden och med hög precision. Detta har varit avgörande för att ta fram den porösa filmen som byggs upp av olika kolföreningar.

Avhandlingens titel: Towards 3D Covalent Organic Framework Films

Kontakt: Martin Ratsch, doktorand på Institutionen för kemi och molekylärbiologi vid Göteborgs universitet, telefon: 0721-85 46 03, e-post: martin.ratsch@chem.gu.se

Olof Lönnehed, presskommunikatör,

Naturvetenskapliga fakulteten, Göteborgs universitet
Tel: 0766-18 69 70
E-post: press@science.gu.se