توسعه چارچوب‌های آلی‌فلزی فعال ردوکس برای کاتالیز و ذخیره‌سازی انرژی

به گزارش ایسنا، با افزایش نیاز به مواد پیشرفته با کارایی بالا در حوزه‌هایی همچون انرژی و محیط‌زیست، توجه به چارچوب‌های آلی‌فلزی (MOF) به دلیل ساختار منظم، تخلخل بالا و قابلیت تنظیم شیمیایی آن‌ها افزایش یافته است. در همین راستا، پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس با همکاری دانشگاه تگزاس، در مقاله‌ای جدید به بررسی جامع ساختار، ترکیبات و مکانیسم‌های فعالیت ردوکس در چارچوب‌های آلی‌فلزی فعال ردوکس (RAMOFs) پرداخته‌اند.

در این پژوهش، نحوه ترکیب یون‌های فلزی، لینک‌کننده‌های آلی و مهمان‌های شیمیایی در ساختار MOFها و نقش آن‌ها در ارتقای فعالیت ردوکس مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد با انتخاب دقیق اجزای سازنده، می‌توان انتقال الکترون را در چارچوب ماده تقویت کرد و عملکرد الکتروشیمیایی آن را بهبود بخشید.

بر اساس این گزارش، فعالیت ردوکس در RAMOFها به دو دسته درون‌سیستمی و بین‌سیستمی تقسیم می‌شود. در نوع درون‌سیستمی، تغییرات شیمیایی درون فریم‌ورک عامل اصلی واکنش‌های ردوکس است، در حالی که در نوع بین‌سیستمی، انتقال الکترون میان اجزای مختلف ساختار، از جمله مهمان و میزبان، نقش کلیدی ایفا می‌کند.

پژوهشگران همچنین راهبردهای مختلفی برای توسعه این مواد ارائه کرده‌اند که شامل استفاده از فلزات و لینک‌کننده‌های ردوکس‌فعال، بهره‌گیری از مهمان‌های شیمیایی مناسب و به‌کارگیری روش‌های اصلاح پس از سنتز است. در این روش‌ها، با افزودن گروه‌های عاملی یا ترکیب چارچوب‌ها با سایر مواد، می‌توان ویژگی‌های الکتروشیمیایی و عملکردی RAMOFها را ارتقاء داد.

بررسی کاربردهای این مواد نشان می‌دهد RAMOFها می‌توانند در حوزه‌هایی همچون کاتالیز، حسگری، ذخیره‌سازی انرژی، جداسازی گازها و حسگری نوری مورد استفاده قرار گیرند. به‌ویژه در زمینه شناسایی آلاینده‌ها و توسعه سامانه‌های ذخیره انرژی، این مواد به‌عنوان گزینه‌هایی نوین و قابل‌توسعه مطرح شده‌اند.

به نقل از ستاد نانو، در عین حال، پژوهشگران به چالش‌هایی نظیر هدایت الکتریکی محدود و فعالیت ردوکس پایین در برخی ساختارها اشاره کرده‌اند؛ مسائلی که می‌تواند دامنه کاربرد این مواد را محدود کند. به گفته آن‌ها، طراحی ساختاری بهینه، توسعه مهمان‌های شیمیایی جدید و ترکیب با مواد مکمل از جمله راهکارهای پیشنهادی برای رفع این محدودیت‌ها است.

نتایج این پژوهش نشان می‌دهد با بهینه‌سازی ساختار و ترکیب اجزای سازنده، می‌توان چارچوب‌های آلی‌فلزی فعال ردوکس را به‌عنوان موادی پیشرفته با قابلیت‌های شیمیایی، الکتروشیمیایی و نوری در کاربردهای متنوع صنعتی و فناورانه به کار گرفت.

منبع : ایسنا