MOFpohjaiset

MOF-pohjaiset materiaalit ovat metalliydin-organogeafin perusteella rakennettuja kiteisiä rakenteita, joissa metalliytimeen (solmuun) kiinnittyvät orgaaniset linkkerit muodostavat säännöllisen kolmeulotteisen verkoston. Tämä porøsinen rakenne tuottaa suuren sisätilavuuden ja runsaan pinnan, minkä ansiosta MOF-pohjaiset materiaalit ovat erittäin muokattavissa sekä kemiallisesti että rakenteellisesti.

Rakenteellisesti MOF:t koostuvat usein toisiinsa liittyvistä metalliytimistä ja toisiinsa kiinnittyvistä linkkereista. Metalliosat voivat olla esimerkiksi Zn, Cu, Zr tai Al, ja linkkerit voivat olla erilaisia karboksylaatti- tai imidaattilinkereita. Tunnettuja esimerkkejä ovat UiO-66 (Zr-pohjainen), HKUST-1 (Cu-BTC) sekä ZIF-8 (Zn-imidazolaatti). MOF-pohjaiset materiaalit voivat olla yksittäisiä MOF-agrregaateja tai MOF-verkkojen ja muiden materiaalien, kuten hiilen tai grafen, yhdistelmiä.

Syntetisointi tapahtuu pääasiassa solvothermal- tai hydrotermisillä menetelmillä, joissa metalliytimet ja linkkerit liukenevat ja kiertyvät järjestäytyneiksi kolmiulotteisiksi verkostoiksi. Syntetisointia voidaan hienosäätää muuttamalla lämpötilaa, painetta, liuosta sekä liuottimen kemiaa, jolloin poreiden kokoa, tilavuuksia ja funktionalisointeja voidaan kontrolloida.

Sovellukset kattavat kaasujen tallennuksen ja erottelun, kuten CO2:n talteenoton ja H2:n varastoinnin, katalyytit, sensorit sekä bio- ja lääketieteelliset sovellukset. MOF-pohjaisia materiaaleja kehitetään myös komposiitteihin ja MOF-derivaatteihin perustuvien hiili- tai elektro-energia ratkaisuihin.

Haasteita ovat muun muassa kosteus- ja kemiallinen stabiilisuus sekä kustannukset ja skaalaus. Tutkimus etenee aktiivisesti kehittäen kestäviä, edullisia ja räätälöityjä MOF-pohjaisia ratkaisuja.