Инженер-химик Рафаэль Вердуско (Rafael Verduzco) и его команда описали новый способ синтеза высококачественных коферментов при низких затратах и высокой производительности в исследовании, опубликованном в Применяемая система кондиционирования Материалы и интерфейсы об этом будет рассказано на обложке следующего номера журнала. Работа включает в себя тщательный анализ преимуществ и недостатков различных методов синтеза и подробно описывает универсальный и экономически эффективный способ получения COF. Это требует использования многопоточного микрореактора и тщательной калибровки процесса ввода-вывода.

"Мы создали небольшую систему непрерывного производства, похожую на мини-фабрику на лабораторном стенде, где ингредиенты для кофе смешиваются и вступают в реакцию непрерывным потоком, а не все сразу в большом контейнере", - сказала Сафия Халил, выпускница докторантуры Rice, которая является первым автором исследования.

Исследователи также обнаружили, что один из COF, полученных с помощью проточного синтеза, лучше, чем те, которые были получены с использованием других методов, расщепляет перфтороктановую кислоту (PFOA), соединение PFAS, связанное с рядом рисков для здоровья, включая рак и репродуктивный вред.

"Это обнадеживающее открытие, которое дополняет растущее число свидетельств того, что COFs может стать ключевым игроком в разработке более чистых и эффективных технологий удаления загрязняющих веществ", - сказал Вердуско, профессор и доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии в Rice, который является автором исследования.

COFs - это кристаллические полимеры, состоящие из маленьких повторяющихся звеньев, соединенных вместе в микроскопические губкообразные структуры. Эти материалы отличаются своей пористостью, большой площадью поверхности и настраиваемой молекулярной структурой - свойствами, которые могут быть использованы для широкого спектра применений, включая полупроводники, сенсоры, доставку лекарств и фильтрацию. Однако медленный и дорогостоящий процесс производства COF ограничивает их широкое внедрение.

"Мы надеемся, что этот метод упростит производство COF в больших количествах и поможет ускорить разработку новых рецептур", - сказала Халил, получившая степень доктора философии в области химической и биомолекулярной инженерии в университете Райс, где она работала в лаборатории полимерной инженерии Verduzco.

Халил сравнил новый метод с приготовлением печенья на заказ небольшими партиями, вместо того чтобы выпекать его все сразу в одной большой партии. Хотя синтез в проточном реакторе использовался для получения COF не впервые, метод, разработанный исследователями Rice, отличается от предыдущих подходов тем, что он объединяет непрерывный синтез и обработку двух различных химических компонентов COF, что приводит к более разнообразному диапазону макроскопических форматов.

"Этот метод позволяет вам постоянно готовить свежее печенье, контролируя температуру и перемешивая на каждом этапе, чтобы каждый раз получать наилучшее качество", - говорит Халил. "Этот процесс происходит быстрее, потребляет меньше энергии и позволяет лучше контролировать конечный продукт".

Традиционный синтез СОФ предполагает использование высоких температур, высокого давления и токсичных органических растворителей, что ограничивает широкое производство и применение. Разработанная исследователями стратегия поточного синтеза не только ускоряет производство СОФ, но и позволяет получать СОФ с превосходной кристалличностью.

Дополнительное доказательство того, что один из недавно синтезированных COF оказался очень эффективным при расщеплении "вечного химического вещества", демонстрирует практические преимущества нового метода. Процесс расщепления, известный как фотокаталитическая деструкция, активируется светом и происходит при комнатной температуре.

"Представьте себе эти COF как мощные губки со встроенными "солнечными двигателями", которые могут расщеплять вредные химические вещества гораздо быстрее, чем современные методы", - сказал Халил. "Один из синтезированных нами COF оказался более эффективным в расщеплении PFOA, чем традиционные материалы, такие как диоксид титана - распространенный фотокатализатор, используемый в борьбе с загрязнением окружающей среды".

Исследование было проведено при поддержке Министерства образования Объединенных Арабских Эмиратов и Фонда Уэлча (C-2124).