Alec Ajnsztajn, ancien étudiant au doctorat chez Rice et autre auteur principal de l'étude, a déclaré que la technique de synthèse permet de produire des COF cristallins 2D ordonnés en un temps record en utilisant le dépôt en phase vapeur.
"Souvent, lorsque vous créez des COF via le traitement en solution, il n'y a pas d'alignement sur le film", a déclaré Ajnsztajn. "Cette technique de synthèse nous permet de contrôler l'orientation de la feuille, garantissant ainsi que les pores sont alignés, ce que vous souhaitez si vous créez une membrane."
La capacité de contrôler la taille des pores est utile dans les séparateurs, où les COF pourraient servir de membranes pour le dessalement et potentiellement aider à remplacer des processus énergivores comme la distillation. En électronique, les COF pourraient être utilisés comme séparateurs de batteries et transistors organiques.
"Les COF ont le potentiel d'être utiles dans une variété de processus catalytiques. Vous pourriez, par exemple, utiliser les COF pour décomposer le dioxyde de carbone en produits chimiques utiles comme l'éthylène et l'acide formique", a déclaré Daum.
L'un des obstacles qui empêchent une utilisation plus large des COF est que les méthodes de production impliquant le traitement de solutions sont plus longues et plus difficiles à adapter en milieu industriel.
"Cela peut prendre trois à cinq jours de temps de réaction pour produire les poudres nécessaires aux solutions nécessaires à la génération de COF", a déclaré Ajnsztajn. "Notre méthode est beaucoup plus rapide. Après des mois d'optimisation, nous avons réussi à produire des films de haute qualité en seulement 20 minutes ou moins."
Pour s'assurer que leurs films présentaient la bonne structure moléculaire, Daum et Ajnsztajn se sont rendus au Laboratoire national d'Argonne, où ils ont analysé leurs échantillons à l'aide de la source de photons avancée, en travaillant en continu pendant 71 heures.
"Nous savions qu'il était temps de partir, mais nous étions très satisfaits des résultats", a déclaré Daum. "Nous avons dû nous adresser à un laboratoire national car cette technique était le seul moyen de mesurer la qualité de nos films et de garantir que nous avions pris les bonnes mesures pour les optimiser."
Des études en microscopie ont permis de comprendre comment les cristaux de COF se développent et ont permis de montrer que des températures allant jusqu'à 340°C (~644°F) pouvaient être utilisées pour synthétiser des molécules organiques.
"En travaillant sur ce projet, nous avons entendu de nombreuses personnes penser que chauffer des molécules organiques à des températures aussi élevées empêcherait les réactions appropriées de se produire, mais ce que nous avons découvert, c'est que le dépôt chimique en phase vapeur est, en fait, un moyen viable. pour créer des matériaux organiques", a déclaré Ajnsztajn.
Pour fabriquer les COF, Daum et Ajnsztajn ont construit un réacteur ad hoc à partir de pièces d'équipement de laboratoire mises au rebut et d'autres matériaux peu coûteux et facilement disponibles.
"L'ensemble de ce processus était très peu coûteux à assembler", a déclaré Daum. "La mise en place d'un processus robuste et évolutif de production d'une variété de films COF permettra, espérons-le, une meilleure application des COF dans la catalyse, le stockage d'énergie, les membranes et bien plus encore."
Plus d'informations : Jeremy P. Daum et al, Les solutions sont le problème :films à structure organique covalente bidimensionnelle ordonnés par dépôt chimique en phase vapeur, ACS Nano (2023). DOI :10.1021/acsnano.3c06142
Informations sur le journal : ACS Nano
Fourni par l'Université Rice
