Para esta clase emergente de materiales, "Las soluciones son el problema".

Los científicos de materiales de la Universidad Rice han ideado un proceso eficaz, económico y fácilmente escalable para crear estructuras orgánicas covalentes (COF). Se trata de polímeros cristalinos conocidos por su estructura molecular modificable, su amplia superficie y su naturaleza porosa, lo que los hace potencialmente útiles en áreas como aplicaciones de energía, dispositivos semiconductores, sensores, sistemas de filtrado y administración de fármacos.

Jeremy Daum, estudiante de doctorado de Rice y autor principal del estudio publicado en ACS Nano, explica que la característica excepcional de estas estructuras es su estructura cristalina ordenada y repetida a pesar de ser polímeros. Estas estructuras se asemejan a alambre de gallinero, ya que tienen una red hexagonal que se repite en un plano bidimensional, con múltiples capas apiladas en la parte superior, creando un material 2D en capas.

Alec Ajnsztajn, otro autor principal del estudio y alumno de doctorado de Rice, dice que el proceso de síntesis facilita el desarrollo rápido de COF cristalinos 2D ordenados mediante deposición de vapor.

Según Ajnsztajn, la creación de COF mediante el procesamiento de soluciones suele dar como resultado películas desordenadas. La nueva técnica de síntesis permite un mejor control de la orientación de la lámina, que es crucial para la creación de membranas.

La capacidad de controlar el tamaño de los poros hace que los COF sean útiles en separadores donde pueden actuar como membranas de desalinización y posiblemente reemplazar procesos que consumen mucha energía como la destilación. En el campo de la electrónica, los COF se pueden utilizar como separadores de baterías y transistores orgánicos.

Daum menciona que los COF podrían ser beneficiosos para diversos procesos catalíticos, como la conversión de dióxido de carbono en sustancias químicas útiles como etileno y ácido fórmico.

A pesar de sus muchas ventajas, los COF no son populares porque los métodos de producción basados en el procesamiento de soluciones requieren mucho tiempo y son más difíciles de industrializar.

Ajnsztajn explica que el proceso de producción de soluciones tradicional podría tardar hasta cinco días. Su método, sin embargo, es significativamente más rápido y permite producir películas de alta calidad en menos de veinte minutos después de varios meses de optimización.

Para confirmar que sus películas mantenían la estructura molecular correcta, Daum y Ajnsztajn visitaron el Laboratorio Nacional Argonne. Utilizando Advanced Photon Source, evaluaron sus muestras durante turnos continuos de 71 horas.

Daum declaró que sus símbolos de éxito son una gran alegría. Una visita a un laboratorio nacional era obligatoria porque era la única forma de evaluar la calidad de la película y confirmar que sus medidas de optimización eran correctas.

Los estudios de microscopía revelaron el proceso de crecimiento de los cristales de COF y demostraron que se podían utilizar temperaturas de hasta 340 grados Celsius (~644 Fahrenheit) para sintetizar moléculas orgánicas.

Ajnsztajn postula que a menudo se supone que las altas temperaturas obstaculizan las reacciones correctas, pero su trabajo revela que la deposición química de vapor es un método eficaz para crear materiales orgánicos.

Para crear COF, Daum y Ajnsztajn construyeron un reactor improvisado utilizando piezas desechadas de equipos de laboratorio y otros materiales baratos y accesibles.

Daum concluye que todo el procedimiento fue muy asequible de implementar. Establecer un proceso de producción sólido y escalable para diferentes películas de COF puede conducir a una mejor aplicación de los COF en catálisis, almacenamiento de energía, membranas y otras áreas.

Pulickel Ajayan, profesor de Ingeniería Benjamin M. y Mary Greenwood Anderson, profesor y catedrático de ciencia de materiales y nanoingeniería y profesor de química y de ingeniería química y biomolecular, y Rafael Verduzco, profesor de ingeniería química y biomolecular y de ciencia de materiales y nanoingeniería , son autores correspondientes del estudio.