記録的な軽い有機金属骨格はウランから組み立てられました

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ビデオ: 「有機エレクロトニクス材料が容易に得られる新しい芳香環化反応」 東京工業大学 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所 助教 庄子 良晃 2022, 12月
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米国のノースウェスタン大学の化学者は、記録破りの軽い有機金属骨格を作成し、結果として得られた物質のユニットセルは、すべての非生物学的材料の中で最大であることが判明しました。研究はジャーナルScienceに掲載されています。

有機金属フレームワーク(MOF)は、金属と有機化合物がフレームワークと呼ばれる単結晶構造を形成する化合物のクラスです。それらの構造は、通常の無機結晶のわずかに変化した構造として表すことができます。ユニットセルのノードには金属原子または無機クラスターがあり、それらは剛直な有機分子によって接続されています。有機分子は大きいことが多いため、ユニットセル内にボイドが形成されます。この機能は、それらの特別な特性を説明します。非常に低い密度と非常に高い比表面積であり、多くの場合、活性炭よりも高くなります。

細孔の数が多いため、有機金属足場は他の物質を選択的に吸収することができます。これは、科学者やエンジニアの側のそれらへの関心を説明しています。有機金属フレームワークは、ガスを吸収し、空気または液体を浄化するために使用されます。潜在的に、それらは、燃料電池での水素の効率的な貯蔵、特定の臓器への薬物送達、触媒作用、および他の領域で使用することができます。

多くの研究者は、ウランと重金属は質量が非常に大きいため、一般に有機金属錯体の元素とは見なしていませんでした。しかし、化学者たちは、十分に多孔質の構造を作成した場合、金属の質量は化合物の全体的な密度にあまり寄与しないと判断しました。

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最終的な上部構造への立方八面体の組み立てスキーム

化合物を得るために、化学者は硝酸ウラニル(UO2(NO3)2)と有機前駆体を混合してトリカルボキシレートを得ました。反応は120℃の温度で日中に起こった。得られた化合物は非常に複雑な構造を持っていた。最初に、ウラン原子とトリカルボン酸分子は立方八面体に組み立てられました-8つの三角形と6つの正方形の面を持つ構造。これらの構造要素は、三角形の面に沿って相互に接続されていました。これらの立方八面体は複雑な構造に結合して、816個のウランサイトと816個の有機配位子からなるユニットセルを形成します。この化合物は、化学者によってNU-1301と名付けられました。

得られた複合体のユニットセルは、有機金属フレームワークの平均の500倍であることが判明しました。また、この化合物は、500℃までの加熱に耐える最も熱的に安定な有機金属フレームワークの1つであることが判明しました。ウラニル部位の陰イオン性を考えると、研究者らは、最終化合物NU-1301も陰イオンの優れた吸着剤になることを示唆しました。テストのために、NU-1301はメチレンブルーとしても知られているC16H18ClN3Sと混合されました。この化合物はカチオン染料を完全に吸収し、仮説を裏付けました。

研究者たちは、彼らが得た化合物は物質の精製または分離に使用できると信じており、全体としての研究は他の科学者に重金属と複雑な構造を持つ有機金属フレームワークの研究を促すかもしれません。

2015年、英国の化学者は、有機金属骨格から爆発物を作成しました。この爆発物では、酸化剤と燃料が1つの超分子構造に結合され、成分の完全な混合が保証されています。

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