Estas partículas de forma rómbica son micrografías electrónicas de barrido de una estructura organometálica, llamado ZIF-8, sintetizado en dióxido de carbono supercrítico (scCO2). Los investigadores de PNNL han informado que scCO2, un importante solvente comercial e industrial, podría tocar una tecla, papel respetuoso con el medio ambiente en la síntesis de estructuras metalorgánicas. Crédito:Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
Mucho antes de que la dimetilformamida (DMF) fallara en la prueba del juguete blando, Los químicos expresaron su preocupación por su uso como disolvente en la construcción de estructuras organometálicas (MOF).
El Ministerio de Medio Ambiente y Alimentación de Dinamarca declaró en junio de 2018 que el DMF se encontraba entre los tres productos químicos tóxicos que se encuentran en los juguetes. Poco después de eso, los juguetes fueron sacados de los estantes de las tiendas danesas.
En lo que respecta a los MOF (nanomateriales porosos con una amplia gama de aplicaciones), los químicos han buscado métodos respetuosos con el medio ambiente para la síntesis de MOF, siguiendo el adagio de "benigno por diseño". La DMF se utiliza como disolvente en las reacciones de preparación de MOF y no ha alcanzado ese estándar.
"Hay muchos desechos generados en esos solventes, y la eliminación puede ser un problema real, "dijo Michael A. Sinnwell, un postdoctorado de la PNNL.
Sinnwell, Praveen Thallapally, científico de materiales de PNNL, y sus colegas investigaron una forma más ecológica de sintetizar MOF.
"Las personas que desean crear MOF a gran escala:empresas comerciales, por ejemplo, quiero hacerlo utilizando principios de producción ecológica, "Sinnwell dijo." El DMF sigue siendo el solvente más común utilizado hoy en día principalmente debido a los resultados predecibles en la composición, Talla, y forma de los MOF finales. Entonces, si se van a implementar métodos sostenibles, estos factores que se sabe que influyen en el rendimiento deben controlarse ".
Otro papel para un químico versátil
En los experimentos se utilizó un instrumento de difracción de rayos X.
Dióxido de carbono supercrítico (scCO 2 ), es un importante solvente comercial e industrial. Y podría reemplazar a DMF en la síntesis de MOF.
Sinnwell es el autor principal de un estudio publicado esta primavera en la revista ChemSusChem, que abogaba por el uso de scCO 2 en la síntesis de MOF por su eficacia como alternativa respetuosa con el medio ambiente.
"Incorporado en los principios de la química verde está la necesidad de diseñar procesos químicos ambientalmente benignos, que utilizan de manera eficiente los recursos renovables, evitar reactivos tóxicos y peligrosos, y minimizar el uso de solventes de hidrocarburos volátiles mientras se desarrollan reacciones químicas, "Sinnwell escribe en el estudio". De hecho, una mentalidad benigna por diseño ha motivado la adopción de alternativas de solventes no convencionales para procesos químicos que requieren un 'líquido' ".
Los materiales utilizados y fabricados en dióxido de carbono supercrítico:óxido de zinc y ZIF-8. Crédito:Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
Un medio MOF súper prometedor
Los autores correspondientes Sinnwell y Thallapally reunieron un equipo de expertos en PNNL para demostrar que scCO 2 es un medio prometedor para la construcción de MOF.
El equipo de investigación monitoreó el scCO 2 síntesis de ZIF-8, un MOF comercialmente relevante, en tiempo real. Específicamente, utilizaron difracción de rayos X in situ, microscopía, y simulaciones para proporcionar un estudio sistemático de los procesos de nucleación y crecimiento. Los investigadores evaluaron los impactos que las plantillas de sacrificio, tiempo de reacción, densidad, y la temperatura tienen en la composición, Talla, y morfología.
Los hallazgos muestran que la morfología de la plantilla y el tiempo de reacción, ambos factores controlables, influyen en la porosidad jerárquica y la morfología de los compuestos ZIF-8 y ZIF-8. Sinnwell dijo que los resultados proporcionan un camino hacia la ingeniería de materiales específicos utilizando métodos basados en la teoría y la experimentación científicas. "Vale la pena seguir métodos sostenibles y económicos para fabricar materiales avanzados, ", dijo Sinnwell." En este documento, observamos, en tiempo real, la formación 'verde' de un material adsorbente prometedor en CO supercrítico 2 . Condiciones como la temperatura, el tamaño o la forma de los productos químicos de partida pueden marcar una gran diferencia en el producto final ".
