idw – Informationsdienst Wissenschaft
Nachrichten, Termine, Experten
Nachrichten, Termine, Experten
Leitfähiges 2D metallorganisches Gerüst zur ultrasensitiven Detektion von NO
Die Bestimmung von Stickstoffmonoxid (NO) ist für die Überwachung der Luftqualität wichtig, da bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe freigesetztes NO zu saurem Regen und Smog beiträgt. In der Medizin ist NO als Botenstoff bedeutsam und dient als Asthma-Biomarker. In der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet ein Forschungsteam jetzt über ein Material, das NO stromsparend, hochempfindlich und selektiv nachweisen kann: eine Kupfer-haltige elektrisch leitfähige zweidimensionale metallorganische Gerüst-Verbindung.
Metall-organische Gerüste (metal-organic frameworks, MOFs) sind gitterartige Strukturen aus metallischen „Knotenpunkten“, die über organische Verbindungsstücke (Liganden) verbrückt sind. Eine aufstrebende Klasse sind aus einzelnen Lagen aufgebaute, elektrisch leitfähige Varianten. Diese 2D-cMOFs zeigen u.a. großes Potenzial als chemiresistive Sensoren, die auf die Anwesenheit bestimmter Moleküle mit einer Änderung ihres elektrischen Widerstands reagieren und eine besonders empfindliche und stromsparende Detektion toxischer Gase ermöglichen könnten. Probleme sind bisher noch Kreuzreaktivitäten unter verschiedenen Gasen und eine nur eingeschränkte Wiederverwendbarkeit, da die Bindung der Analyte oft irreversibel ist.
Katherine A. Mirica, Christopher H. Hendon und ihr Team vom Dartmouth College (Hanover, NH, USA), der University of Oregon (OR/USA) und dem Ulsan National Institute of Science and Technology (Südkorea) haben jetzt ein mehrfach verwendbares 2D-cMOF für die hochselektive NO-Detektion entwickelt. Die Wahl fiel auf ein 2D-cMOF aus Kupfer-Hexaiminobenzol Cu3(HIB)2. Schlüssel zum Erfolg: Dank einer veränderten Synthesestrategie (der Linker wurde als ungelöstes Pulver in eine Lösung von Cu2+-Ionen und Kaliumacetat gegeben) gelang es dem Team, das Material in einer deutlich höheren Kristallinität (ca. 500 nm lange stäbchenförmige Kristallalite) als bisher zu erhalten.
Die Kriställchen bestehen aus gestapelten Lagen einer wabenartigen Struktur aus Sechsringen, die über ihre Stickstoffatome von Kupferionen zusammengehalten werden. Verschiedene spektrometrische Analysenmethoden sowie Compterberechnungen ergaben Cu-bis(iminobenzosemichinoid)-Einheiten des Kupfer-2D-cMOFs als Bindestelle für NO. Eine analoge Verbindung mit Nickel statt Kupfer zeigte keine signifikante Adsorption von NO. Offenbar spielen einfach positiv geladene Kupferionen, die in kleiner Menge neben den zweifach positiv geladenen Kupferionen in der Struktur vorkommen, eine wichtige Rolle für die Bindung von NO. Computersimulationen sprechen dafür, dass die Struktur dabei deutlich verzerrt und der gebundene Zustand destabilisiert wird – Hauptgrund für die erwünschte Reversibilität der NO-Adsorption.
Das neue Sensormaterial weist NO bei Raumtemperatur und geringer Spannung (0,1 V) ultrasensitiv nach (Nachweisgrenze ca. 1,8 ppb) und konnte über mindestens sieben Zyklen ohne Regeneration wiederverwendet werden. Quantitative NO-Messungen gelangen auch in Anwesenheit von Feuchtigkeit und zeigten eine hohe Verstärkung des Sensor-Signals für NO im Vergleich zu anderen Gasen, wie Stickstoffdioxid, Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Ammoniak, Kohlenmonoxid und -dioxid.
Angewandte Chemie: Presseinfo 22/2024
Autor/-in: Katherine A. Mirica, Dartmouth College, Hanover (USA), https://faculty-directory.dartmouth.edu/katherine-mirica
Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.
Die "Angewandte Chemie" ist eine Publikation der GDCh.
https://doi.org/10.1002/ange.202419869
Poröse Kriställchen weisen Stickstoffmonoxid nach
(C) Wiley-VCH
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars, Students
Chemistry, Materials sciences
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
Poröse Kriställchen weisen Stickstoffmonoxid nach
(C) Wiley-VCH
You can combine search terms with and, or and/or not, e.g. Philo not logy.
You can use brackets to separate combinations from each other, e.g. (Philo not logy) or (Psycho and logy).
Coherent groups of words will be located as complete phrases if you put them into quotation marks, e.g. “Federal Republic of Germany”.
You can also use the advanced search without entering search terms. It will then follow the criteria you have selected (e.g. country or subject area).
If you have not selected any criteria in a given category, the entire category will be searched (e.g. all subject areas or all countries).
