Un proceso químico simple desarrollado en la Universidad de Rice crea aerogeles ligeros y altamente absorbentes que pueden recibir una paliza.

Marcos orgánicos covalentes (COF), estructuras cristalinas con fuertes enlaces moleculares, puede formar un aerogel poroso para usar como membrana personalizada en baterías u otros dispositivos o como absorbente para eliminar contaminantes del medio ambiente.

Los COF convencionales suelen ser polvos. Ingeniero químico y biomolecular Rafael Verduzco, Los autores principales y los estudiantes graduados de Rice, Dongyang Zhu y Yifan Zhu y sus colegas de la Escuela de Ingeniería Brown de Rice, descubrieron una forma de sintetizar aerogeles COF que se pueden fabricar en cualquier forma y tamaño. limitado solo por la cámara de reacción.

El proceso informado en la American Chemical Society Química de Materiales emplea monómeros COF, un disolvente y un catalizador. Cuando se mezcla y se calienta a 80 grados Celsius (176 grados Fahrenheit), se convierten en un gel uniforme. El lavado y secado del gel para eliminar el solvente deja detrás el aerogel en forma de andamio con poros entre 20 y 100 micrones.

"La gran ventaja de los polímeros es que se pueden disolver en un solvente, se puede rociar la capa, centrifugar la capa y sumergirlos en una capa, y es fácil y económico trabajar con ellos "Dijo Verduzco." Pero los COF no lo son. Son un polvo insoluble y es difícil hacer algo con ellos. pero son realmente prometedoras para las aplicaciones porque puede diseñarlas o diseñarlas casi de la forma que desee a nivel molecular. Son como bloques de Lego y puedes elegir las formas moleculares, tamaños y características que le gustaría incluir en el material final.

"Buscábamos formas de facilitar el trabajo con los COF, más como polímeros, y descubrimos que, en determinadas condiciones de reacción, formaban un gel, ", dijo." Cuando extrae el solvente, obtienes esta espuma muy ligera, o aerogel ".

Verduzco dijo que los aerogeles de COF podrían ser una valiosa adición a los absorbentes industriales que ahora se usan para la remediación porque sus estructuras porosas se pueden personalizar.

El laboratorio formuló seis aerogeles y encontró sus propiedades de remediación con varios tintes, Los aceites y las nanopartículas de oro eran mucho mejores y más rápidos que los polvos de COF. En una prueba con vapor de yodo, un producto de la fisión nuclear, el aerogel absorbió 7,7 gramos de yodo por gramo de aerogel, significativamente mejor que un polvo de COF del mismo material.

Los investigadores encontraron que los aerogeles podían lavarse y reutilizarse al menos 10 veces sin deformarse. "Son bastante suaves, pero puedes aplastarlos a mano y saltan hacia atrás, "Dijo Verduzco.

Él ve un potencial aún mayor para los COF como membranas para separar componentes en baterías avanzadas, el tema de un artículo de revisión reciente dirigido por Dongyang Zhu en Materiales funcionales avanzados .

También podrían imitar membranas biológicas. "Nadie ha descubierto cómo separar de manera eficiente una mezcla de iones o moléculas que tienen aproximadamente el mismo tamaño y forma, pero con esta clase de materiales, podemos controlar con precisión el tamaño y la forma de los poros, "Dijo Verduzco.

"Las membranas biológicas separan los iones del mismo tamaño y se cargan a través de pequeños cambios en la funcionalidad de los poros que se unen preferentemente a uno u otro ión, ", dijo." Creo que podemos empezar a hacer materiales sintéticos que tengan propiedades similares ".

El laboratorio está desarrollando una biblioteca de aerogeles COF para probar en aplicaciones. "Hay mucho que explorar aquí, "Dijo Verduzco.