بناء شبكات كيميائية

الأطر المعدنية العضوية (MOF)  هي فئة من المواد التي تعتمد على ربط اللبنات العضوية وغير العضوية لتشكيل بنى هيكلية مسامية كالشبكة. يمكن للمسام في الشباك أن تكون مستقرة بما يكفي لتخزين الجزيئات، مما يجعلها مركبات واعدة مرشحة للاستخدام في تطبيقات بغرض تخزين الغاز والتحفيز وإيصال الأدوية.

إلا أن تصميم استراتيجيات تخليقية تتمكن من إنتاج هياكل الأطر المعدنية العضوية، المصممة خصيصًا لتحمل الخصائص المرغوبة والتوضعات المحددة لتطبيقات هدفية؛ يبقى هدفًا صعبًا.

ولكن فريقًا دوليًّا من الباحثين تمكن من استخدام أطر معدنية عضوية جديدة مزودة بشبكة طوبولوجية جديدة لتتمكن بنجاح من تبديل وضع الشبكة نفسها وإعادة إنتاجها ضمن أطر معدنية عضوية أخرى باستخدام نظام كيميائي مختلف. نشر هذا الفريق -الذي يقوده محمد الداودي، من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (KAUST)، المملكة العربية السعودية- النتائج التي توصل إليها في Nature Chemistry¹.

قاموا بتخليق إطار معدني عضوي جديد يدعى gea-MOF-1 من مجموعة أرضية غير عضوية نادرة حديثة الاكتشاف، وهي لبنة جزيئية تتشكل عن طريق ربط أيونات المعادن الأرضية النادرة مع 18 لجينًا (رباطًا) عضويًّا.

ثم استخدموا gea-MOF-1 كمخطط أولي لإنتاج الأطر المعدنية العضوية الجديدة بالطوبولوجية الشبكية نفسها. وأحلوا لبنات جزيئية فائقة عضوية متعددة السطوح (SBBs) مع مجموعات وظيفية خارجية محل المجموعة الأرضية نادرة الأشكال متعددة السطوح المعدنية العضوية. بعدئذٍ عمد الفريق بعناية إلى تصميم وتخليق لجين عضوي برسيمي نوعي غير متناظر، ضروري لتجميع هذه اللبنات الجزيئية الفائقة ضمن هيكل الأطر المعدنية العضوية مسبقة التصميم، والذي يُدعَى gea-MOF-2. 

ويقترح الفريق إمكانية استخدام gea-MOF-1 في تخزين غاز الميثان، والفصل بين المواد الهيدروكربونية، وكمحفز فعال لتخليق الكربونات الحلقية من ثاني أكسيد الكربون، في حين "تقدم منصة gea-MOF-2 إمكانات كبيرة باعتبارها وسطًا ممتازًا لتخزين الغاز"، وفق قول الداودي.

اشترك للحصول على النشرة الإلكترونية المحدّثة كل أسبوعين لكي تبقى على اطلاع بكافة المستجدات على الموقع.