Mekanodynamiska egenskapers beroende på topologi, byggnadsenheter och gästmolekyler hos metallorganiska ramverksföreningar undersökt med diffraktion, spridning, sorption och mer

Forskningsprojekt, 2024 – 2027

Metallorganiska ramverksföreningar (s.k. MOF:ar) är nya material som utvecklats de senaste 20 åren med potentiella tillämpningar inom allt från gaslagring till läkemedelsleverans i kroppen och med kommersiella produkter på marknaden.I projektet tacklar vi mekaniska och dynamiska egenskaper inbegripet stabilitet.En viktigt egenskap hos MOF:ar är flexibilitet, det vill säga hur nätverket och strukturen kan anpassa sig och ändra geometri och volym beroende på innehåll i tomrummen eller på yttre stimuli. För detta har vi en ny strategi baserat på de av oss upptäckta vikbara nätverkstopologierna (”foldable nets” Noa et al. JACS 2020) samt också nya sätt att komma åt dessa egenskaper. Resultat visar t.ex. ”gate opening” när en del av våra material utsätts för koldioxidtryck och öppnar sig för gasadsorption inuti nätverket (Noa et al. JACS 2022).Gällande stabileten är vår taktik att använda bryggande organiska byggstenenar som har minst två uppsättningar av två karboxylsyragrupper sittande på angränsande kolatomer i en aromatisk ring (vicinala karboxylater, den enklast med karboxylatgrupperna i position 1, 2, 4 och 5 på en bensenring). Dessa är sparsamt förekommande i MOF sammanhang, men geometriska överväganden av tusentals strukturer indikerar att dessa bör vara perfekta för att konstruera MOF:ar där vi har obrutna kedjor av metalljoner och karboxylatjoner, så kallade ”rod-MOFs”. Och dessa (Noa et al Chem 2021) är ett sätt att framställa mer stabila material, termiskt såväl som kemiskt.Projektet kommer att dra nytta av den nya enkristalldiffraktometer för kemiska strukturbestämningar som installerades på Chalmers under 2021 samt utnyttja unik instrumentering tillsammans med våra partners i Sydafrika. Vårt slutmål är att sammanställa ett bibliotek, eller dynamomekanisk MOF alfabet (jfr Polhem) som kan tala om för oss vilka byggstenar som ska ingår i en MOF för att ge den förutbestämdas mekaniska och dynamiska egenskaper, viktiga för dess praktiska funktion.