Kompozitní nanohouby. Kredit: Changxia Li, Freddy Kleitz et al, 2022

V poslední době si získaly hodně pozornosti pozoruhodné kovoorganické kostry (MOFy, metal-organic frameworks). Jsou to velmi porézní materiály s ohromující plochou povrchu, které jsou intenzivně studovány kvůli využití při ukládání uhlíku, odsolování, čištění pitné vody, katalýze a v řadě dalších procesů. Podobnou strukturu mají i kovalentní organické kostry (COFy, covalent organic frameworks), rovněž extrémně porézní a s masivní plochou povrchu.

Freddy Kleitz.

Kredit: Barbara Mair / Universität Wien.

Výzkumný tým Universität Wien, který vedl Freddy Kleitz, využil vlastností organických koster a vyvinul nový kompozitní materiál, který je velmi účinný v odstraňování organického znečištění z vody. Materiál je založený na nanohoubách z COFu, které jsou umístěné na podkladu z grafenu.

Badatelé se zaměřili na organická barviva ve vodě, která představují značně problematické znečištění. Jsou to běžné látky v průmyslové odpadní vodě, mohou být toxické a karcinogenní a bývá velmi těžké je odstranit.

Logo. Kredit: Universität Wien.

Kleitz s kolegy připravili nanohouby tak, aby selektivně lovily molekuly organických barviv. Šlo o to, aby měly póry vhodného tvaru a velikosti (0,8 až 1,6 nanometrů) a zároveň záporný elektrický náboj na svém povrchu, protože molekuly organických barviv bývají kladně nabité.

Během vývoje nanohub se objevila závažná technologická překážka, kterou bylo nutné překonat. Pokud vědci užívali materiál COF v práškové formě, tak se rychle zaplnily povrchové póry částic tohoto materiálu a jejich vnitřek byl k ničemu. Kleitz a spol. proto vyvinuli postup, který zahrnoval umístění nanohub na velice tenkém plátku grafenu. Výsledkem byla vrstva COFu o tloušťce 2 nanometry, umístěná na jednoatomové vrstvě grafenu, která rovněž obsahuje množství pórů.

Takový kompozitní materiál filtruje organická barviva z vody rychle a efektivně. Tvůrci nového materiálu jsou přesvědčeni, že jejich postup je velice levný. Při jeho výrobě je nutné sehnat jen malé množství grafenu a nanohouby COF je zase možné vyčistit a opětovně použít.

Literatura

New Atlas 5. 8. 2022.

Angewandte Chemie online 31. 5. 2022.