エネルギー物質の形成過程を観察する(Watching energy materials as they form)

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2024-06-17 ミュンヘン大学(LMU)

LMUの研究チームが、共変有機フレームワーク(COF)の合成プロセスをリアルタイムで観察する新しい方法を開発しました。COFはエネルギー材料として有望ですが、合成中の反応メカニズムは未解明の部分が多く、試行錯誤が続いています。チームはiSCAT顕微鏡を使用して、反応初期段階のナノメートルスケールのドロップレットが重要な役割を果たすことを発見しました。この発見により、COFの合成条件を最適化し、エネルギー効率の高い合成方法を提案することが可能となりました。

<関連情報>

共有結合有機骨格形成の初期段階をオペランドで撮影 Early stages of covalent organic framework formation imaged in operando

Christoph G. Gruber,Laura Frey,Roman Guntermann,Dana D. Medina & Emiliano Cortés
Nature  Published:05 June 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-024-07483-0

エネルギー物質の形成過程を観察する(Watching energy materials as they form)

Abstract

Covalent organic frameworks (COFs) are a functional material class able to harness, convert and store energy. However, after almost 20 years of research, there are no coherent prediction rules for their synthesis conditions. This is partly because of an incomplete picture of nucleation and growth at the early stages of formation. Here we use the optical technique interferometric scattering microscopy (iSCAT)1,2,3 for in operando studies of COF polymerization and framework formation. We observe liquid–liquid phase separation, pointing to the existence of structured solvents in the form of surfactant-free (micro)emulsions in conventional COF synthesis. Our findings show that the role of solvents extends beyond solubility to being kinetic modulators by compartmentation of reactants and catalyst. Taking advantage of these observations, we develop a synthesis protocol for COFs using room temperature instead of elevated temperatures. This work connects framework synthesis with liquid phase diagrams and thereby enables an active design of the reaction environment, emphasizing that visualization of chemical reactions by means of light-scattering-based techniques can be a powerful approach for advancing rational materials synthesis.

1700応用理学一般
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