Un team di ricercatori coreani affiliati all'UNIST ha recentemente annunciato il principio di produrre materiali organici porosi in un batter d'occhio, come sparare proiettili. Questo è simile al meccanismo di reazione chimica negli esplosivi in ​​cui premendo il grilletto fa esplodere il detonatore.

Questa svolta è stata guidata dal professor Jong-Beom Baek della School of Energy and Chemical Engineering dell'UNIST. Lo studio dimostra un protocollo sintetico per la formazione di una rete organica porosa tridimensionale tramite esplosione allo stato solido di singoli cristalli organici.

I materiali porosi tridimensionali hanno un'area superficiale elevata, che potrebbe essere utile per applicazioni quali supporti catalitici, cattura e stoccaggio del gas, conversione e stoccaggio dell'energia, optoelettronica e semiconduttori. Esempi tipici sono le zeoliti e i materiali simili alle zeoliti. Però, negli ultimi anni, sono stati condotti studi approfonditi per produrre materiali porosi da materiali organici più durevoli. E utilizzano un approccio sintetico per produrre una rete organica porosa 3D in reazioni in fase liquida in presenza di solventi e/o catalizzatori adatti. Però, i prodotti risultanti sono di bassa purezza, e quindi, si rende necessario il post-trattamento per la purificazione.

Nello studio, Il professor Baek e il suo team hanno introdotto una nuova metodologia sintetica per la fabbricazione di una rete organica porosa 3-D con un'area superficiale specifica elevata tramite l'esplosione allo stato solido di singoli cristalli organici contenenti molecole di primer. La reazione esplosiva è realizzata dalla reazione di Bergman (cicloaromatizzazione) di tre gruppi endiyne su 2, 3, 6, 7, 14, 15-esaetinile-9, 10-diidro-9, 10-[1, 2]benzenoantracene (HEA), che è un blocco costitutivo trifunzionale autopolimerizzabile (M3) con tre gruppi endiyne (contenente un doppio legame e due tripli legami). Generalmente, i materiali solido-organici possono facilmente sciogliersi quando viene applicato il calore. Però, i loro singoli cristalli HEA di nuova concezione innescano una reazione esplosiva di Bergman e si trasformano rapidamente in materiali porosi 3D senza la presenza di solventi e catalizzatori quando viene applicato il calore.

"Le reazioni allo stato solido possono produrre prodotti di elevata purezza e quindi il post-trattamento per la purificazione potrebbe diventare non necessario, " dice il Dr. Seo-Yoon Bae della School of Energy and Chemical Engineering, il primo autore dello studio. "Inoltre, i prodotti risultanti sono di elevata purezza, e quindi, hanno più vantaggi rispetto alle reazioni in soluzione o in fase gassosa."

I singoli cristalli HEA sono costituiti da nove molecole di HEA con due molecole di acetone e una di acqua nel reticolo. L'alto calore esotermico viene rilasciato in modo esplosivo perché il punto di ebollizione dell'acqua e dell'acetone è basso, secondo il gruppo di ricerca. Poiché l'acqua bolle a 100°C e l'acetone bolle a 56°C, c'è un aumento delle energie cinetiche tra le due molecole quando viene applicato il calore. Così, prima che i singoli cristalli organici si sciolgano, l'acetone e le molecole d'acqua (primer per innescare l'esplosione) vengono rilasciate all'esterno, Le molecole HEA nel reticolo cristallino iniziano a riorganizzarsi e questo è seguito da un elevato calore esotermico (esplosione di polvere da sparo).