Nanomaterial poroso denominado COFs (estruturas orgânicas covalentes). Crédito:Alexandr Talyzin
Os físicos de Umeå, em colaboração com a Universidade Técnica de Dresden e a Universidade Chalmers, são os primeiros a mostrar alta estabilidade do nanomaterial poroso COF-1. O estudo é publicado em Angewandte Chemie , Int. Ed.
Estruturas orgânicas covalentes (COFs) são uma ampla família de materiais poliméricos compostos apenas por elementos leves. A ausência de átomos de metal em sua estrutura torna os COFs distintamente diferentes em comparação com seus parentes, Materiais de estrutura orgânica de metal (MOFs).
A primeira estrutura COF foi descoberta em 2005 (denominada COF-1) e consiste em anéis de benzeno ligados por B 3 O 3 em folhas 2-D em forma de hexágono que são empilhadas em uma estrutura em camadas, assemelhando-se a este respeito a estrutura da grafite composta por camadas de grafeno. Por analogia com o grafeno, a camada única de material COF pode ser nomeada como COFene, uma vez que representa um verdadeiro material 2-D composto por carbono, hidrogênio, boro e oxigênio.
Ao contrário do grafite, COF-1 é um material poroso com área de superfície relativamente alta, o que o torna promissor para várias aplicações, por exemplo. para dispositivos de armazenamento de energia, como sorventes para armazenamento de gás ou para membranas. Há também interesse científico geral fundamental em camadas COF-1 únicas, que são verdadeiros materiais 2-D.
Contudo, pouco se sabia sobre as propriedades mecânicas dos COFs ou COFenes de camada única, exceto por algumas estimativas teóricas. Ao contrário de grafite ou MOFs, nenhum estudo de alta pressão estava disponível para COFs.
Os pesquisadores usaram difração de raios-X síncrotron e espectroscopia Raman para avaliar o que acontece com a estrutura desse material em pressões de até 30 GPa. Verificou-se que a estrutura de pressão ambiente da lata COF-1 é inesperadamente estável e preserva mesmo após compressão de até 10 -15 GPa. Com pressão mais alta, a estrutura desmorona irreversivelmente.
"Vimos uma estabilidade notável em altas pressões para uma estrutura porosa como o COF. Isso foi surpreendente porque as estruturas porosas de MOF colapsam com pressão mais baixa, "diz Alexandr Talyzin, conferencista sênior do Departamento de Física da Universidade de Umeå. A combinação de abordagens experimentais e teóricas fornece uma visão sobre rigidez e propriedades mecânicas da estrutura COF-1, que pode ser considerado um representante típico de toda a família de materiais COF.
