Ученые создают хиральные каркасы на основе полиоксометаллата с повышенной стабильностью и каталитической активностью.
Группа ученых создала хиральную сборку путем смешивания неорганических полиоксометаллатов и органических молекул циклодекстрина.
Полиоксометаллаты (ПОМ) представляют собой класс наноматериалов, имеющих множество полезных применений. Однако использование полиоксометаллатов в качестве строительных блоков для создания хиральных каркасов на основе ПОМ было давней проблемой для исследователей. В ходе этого исследования команда создала 3D-каркас, построенный путем координационной сборки. Полученный каркас представляет собой переплетенный органо-неорганический гибридный слой.
Команда опубликовала свою работу в журнале Polyoxometalates.
ПОМы обладают особыми характеристиками , в том числе высокими отрицательными зарядами, заметными окислительно-восстановительными способностями и доступной органической прививкой. Эти полезные функции привели к тому, что ПОМ вызвали большой интерес в приложениях, связанных с энергетикой. Их потенциальные применения варьируются от материаловедения до катализа, медицины, защиты окружающей среды и производства водорода.
Благодаря своей поразительной структурной и химической универсальности ПОМ являются узнаваемым выбором во многих областях науки, от функциональных материалов и катализа до магнетизма и биомедицины. Когда POM используются в качестве строительных блоков для создания открытых инфраструктур на основе POM, они имеют много преимуществ. К ним относятся прочность и внутренняя пористость. Их также можно легко переработать.
Металлоорганические каркасы (МОФ) представляют собой класс кристаллических пористых материалов, построенных из ионов металлов и органических мостиковых лигандов. Это очень однородные пористые структуры с большой площадью поверхности. MOF с их большой удельной поверхностью и постоянными порами стали отличными кандидатами для загрузки ПОМ. Когда ПОМ и МОФ объединяются, они образуют своего рода органо-неорганический гибридный материал.
Эти гибридные материалы POM и MOF вызывают большой интерес исследователей, особенно каркасы на основе хирального POM. Хираль в химии относится к зеркальным изображениям. Описать молекулу как хиральную — значит сказать, что ее зеркальное отражение отличается от самой себя. В прошлом исследователи сталкивались с проблемами при использовании POM для создания хиральных структур на основе POM.
Итак, команда сосредоточила свою работу на применении POM в качестве строительных блоков при создании функционализированных фреймворков на основе хиральных POM. Хиральные соединения ПОМ обладают либо внешней, либо внутренней хиральностью в зависимости от их хиральных источников. Хиральность соединений ПОМ обусловлена главным образом хиральными органическими или металлоорганическими частями. По своей сути хиральные ПОМ — это ПОМ, которые являются хиральными из-за нарушения симметрии.
Исследовательской группе удалось создать хиральный каркас на основе ПОМ путем смешивания неорганических ПОМ и молекул органического циклодекстрина. «В качестве надежной хиральной структуры были исследованы хиральное разделение и хиральный катализ», — сказал Цай-Хун Чжань, профессор Колледжа химии и материаловедения Чжэцзянского педагогического университета. Циклодекстрины представляют собой группу циклических олигосахаридов, которые производятся из крахмала или его производных. Благодаря своей структуре они являются хорошими кандидатами для дополнения структуры и улучшения физико-химических свойств MOF.
Команда соединила анионы {SiW 12 }, являющиеся отрицательно заряженными ионами, с ионами марганца антипараллельным образом. В результате образовался уникальный полностью неорганический слой со значительными пустотами. Затем они объединили его со слоем органического циклодекстрина, который заполнил пустоты в слое ПОМ-марганца. Два слоя переплелись, образовав органический и неорганический гибрид. Они расширили слои ионами натрия, чтобы создать трехмерный каркас.
Команда использовала термоциклирование, чтобы изучить стабильность, хиральное разделение, хиральный катализ и протонную проводимость созданного ими композитного каркаса. «Надежная стабильность этого композитного каркаса была подтверждена экспериментами по термоциклированию», — сказал Жан.
Заглядывая в будущее, команда планирует продолжить эту работу. «Хиральное разделение и хиральный катализ будут дополнительно изучены путем изменения субстрата, чтобы доказать, что хиральный каркас имеет потенциальное применение», — сказал Жан.
