Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe KIT y la Universität Hannover desarrollaron nuevas membranas, cuya selectividad se puede cambiar dinámicamente con la ayuda de la luz. Para este propósito, las moléculas de azobenceno se integraron en membranas hechas de estructuras organometálicas MOF.Dependiendo de la longitud de onda de irradiación, estas unidades de azobenceno en los MOF adoptan una forma estirada o angular. De esta manera, es posible ajustar dinámicamente la permeabilidad de la membrana y el factor de separación de gases o líquidos. Los resultados se informan en Comunicaciones de la naturaleza .
Las estructuras organometálicas, MOF para abreviar, son materiales cristalinos altamente porosos, que consisten en nodos metálicos y enlazadores orgánicos. Se pueden adaptar a muchas aplicaciones diferentes. Entre otras, tienen un enorme potencial como membranas para la separación eficiente de moléculas de acuerdo cona varios parámetros. Al modificar el tamaño de los poros y las propiedades químicas de las paredes de los poros, la selectividad estática de las membranas se puede adaptar a los requisitos respectivos. Comunicaciones de la naturaleza los científicos presentan por primera vez membranas, cuyas selectividades pueden ajustarse dinámicamente. Esto se hace de forma remota con la ayuda de la luz.
Investigadores del Instituto de Interfaces Funcionales IFG de KIT y el Instituto de Química Orgánica COI, en cooperación con científicos de la Universidad Leibniz Hannover, equiparon membranas basadas en MOF con fotointerruptores. "De esta manera, las membranas cuentan con ventanas diminutasque se abren y cierran dependiendo de la irradiación de luz ", explica el director del Instituto de Interfaces Funcionales, profesor Christof Wöll.
Las moléculas de azobenceno se usan como fotointerruptores controlados a distancia. Consisten en dos anillos de fenilo cada uno, que están unidos por un doble enlace de nitrógeno. Existen dos configuraciones diferentes: una configuración trans estirada y una configuración cis en ángulo. La irradiación con luz causa la moléculapara reposicionar. Bajo la luz visible, la molécula se estira, bajo la luz ultravioleta se dobla. El reposicionamiento es reversible, puede repetirse tantas veces como se desee y no afecta la estructura cristalina de los MOF.
El control preciso de la relación entre azobenceno cis y trans por, por ejemplo, un tiempo de irradiación ajustado con precisión o irradiación simultánea con luz UV y luz visible permite la sintonización dinámica de la permeabilidad de la membrana y la eficiencia de separación de mezclas de sustancias gaseosas o líquidas ".El control de estas importantes propiedades por estímulos externos, es decir, sin tener contacto directo con la membrana, es un verdadero avance en la tecnología de membranas ", dice el Dr. Lars Heinke, Jefe del Grupo IFG" Procesos dinámicos en sistemas porosos ".
El funcionamiento de las nuevas membranas inteligentes se demostró mediante la separación de una mezcla de gases de hidrógeno y dióxido de carbono. Los científicos lograron ajustar dinámicamente el factor de separación entre tres y ocho. El concepto también es adecuado para separar otras mezclas de gases, comocomo mezclas de dióxido de carbono y nitrógeno. También podría ser factible utilizar membranas MOF con fotointerruptores para controlar la accesibilidad del catalizador o las superficies del sensor o la liberación de sustancias médicas encapsuladas.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Karlsruhe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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