Các chất rắn này, được gọi là khung hữu cơ cộng hóa trị dựa trên porphyrin (POR-COF), là trọng tâm nghiên cứu của các nhà thực nghiệm tại trường đại học và các nhà khoa học vật liệu tính toán tại Trường Mỏ Colorado, Viện Công nghệ và Đại học Pennsylvania.

Công trình này dựa trên việc phát hiện ra các khung hữu cơ hóa trị, hay COF, được thực hiện gần hai thập kỷ trước. COF là các cấu trúc xốp hai chiều hoặc ba chiều tuyệt đẹp được giữ với nhau bằng liên kết cộng hóa trị mạnh.

COF có cấu trúc tinh thể bao gồm các nguyên tố nhẹ như carbon, nitơ và oxy; Chúng xốp, nhẹ và bền. Các nhà nghiên cứu so sánh COF với các viên gạch LEGO vì khả năng của chúng được lắp ráp theo cách xác định và tương đối nhanh để tạo thành một loạt các cấu trúc lớn hơn.

Các khối gạch cụ thể được sử dụng trong nghiên cứu này là các phân tử được lấy cảm hứng từ thiên nhiên thuộc họ porphyrin, cấu trúc hữu cơ có trong các protein như hemoglobin và diệp lục. Các đơn vị này có thể phối hợp với các nguyên tử kim loại. Các nhà nghiên cứu sử dụng phương pháp này để tạo ra các vật liệu COF với các đặc tính tinh tế.

Nhóm nghiên cứu sử dụng chuyên môn về điện hóa, phương pháp kiểm soát tổng hợp polymer trên chất nền, thấy rằng phương pháp có thể tạo ra các màng COF mỏng. Vật liệu thu được các tấm 2D xếp thành nhiều lớp - nhẹ và chịu nhiệt và mất nhiều giờ để tổng hợp thay vì nhiều ngày so với các phương pháp thông thường.

Các nhà khoa học tại Penn đã phát hiện ra một yếu tố quan trọng của cấu trúc COF, đó là phân tử pyridine. Ban đầu họ nghĩ pyridine chỉ cung cấp môi trường điện hóa cần thiết cho quá trình tổng hợp xảy ra. Tuy nhiên, nghiên cứu sâu hơn về hệ thống này cho thấy các phân tử pyridine phù hợp với các lớp 2D và cung cấp sự hỗ trợ cần thiết cho các COF chuyển từ cấu trúc vô định hình sang cấu trúc tinh thể.

Các COF có thể có ích trong việc tạo ra nhiều loại vật liệu với các thuộc tính độc đáo. Tương lai của những vật liệu này rất tươi sáng. Những tài liệu này sẽ đi đầu trong nghiên cứu tiếp theo. Các ứng dụng tiềm năng về vật liệu này có thể thay đổi tùy thuộc vào các thông số cấu trúc của chúng; khả năng thiết kế các mạng hữu cơ xốp với một trật tự mở rộng trong cấu trúc cho phép thiết kế các vật liệu cho các quá trình xúc tác, tách và hấp thụ.

ctngoc