Металлоорганические каркасы, сокращенно MOF, представляют собой высокопористые кристаллические материалы, состоящие из металлических узлов и органических линкеров. Их можно адаптировать для множества различных приложений.
Среди прочего, они обладают огромным потенциалом в качестве мембран для эффективного разделения молекул по различным параметрам. Изменяя размеры пор и химические свойства стенок пор, можно адаптировать статическую селективность мембран к соответствующим требованиям. В Nature Communications ученые впервые представляют мембраны, избирательность которых можно динамически настраивать.
Делается это дистанционно с помощью света.Исследователи из Института функциональных интерфейсов (IFG) KIT и Института органической химии (IOC) в сотрудничестве с учеными из Университета Лейбница в Ганновере оснастили мембраны на основе MOF фотопереключателями. «Таким образом, мембраны снабжены крохотными окошками, которые открываются и закрываются в зависимости от освещенности», — поясняет глава Института функциональных интерфейсов, профессор Кристоф Волль.
Молекулы азобензола используются в качестве фотопереключателей с дистанционным управлением. Они состоят из двух фенильных колец каждое, связанных двойной связью азота. Существуют две разные конфигурации: растянутая транс-конфигурация и угловая цисконфигурация. Облучение светом заставляет молекулу перемещаться.
Под видимым светом молекула растягивается, под ультрафиолетовым светом изгибается. Репозиционирование обратимо, может повторяться сколько угодно часто и не влияет на кристаллическую структуру MOF.
Точный контроль соотношения цис- и транс-азобензола, например, Точно настроенное время облучения или одновременное облучение УФ-светом и видимым светом позволяет динамически настраивать проницаемость мембраны и эффективность разделения газообразных или жидких смесей веществ. «Контроль этих важных свойств с помощью внешних стимулов, то есть без прямого контакта с мембраной, является настоящим прорывом в мембранной технологии», — говорит д-р Ларс Хейнке, руководитель группы IFG «Динамические процессы в пористых системах».Функционирование новых интеллектуальных мембран было продемонстрировано путем разделения газовой смеси водород-углекислый газ. Ученым удалось динамически настроить коэффициент разделения от трех до восьми. Эта концепция также подходит для разделения других газовых смесей, таких как смеси азота и диоксида углерода.
Также возможно использование MOF-мембран с фотопереключателями для контроля доступа к поверхности катализатора или сенсора или высвобождения инкапсулированных медицинских веществ.