سنتز نانوساختارهای چارچوب فلز-آلی بر روی الیاف ابریشم

پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس موفق به سنتز نانوذرات با چارچوب فلز-آلی (MOF) بر پایهی هسته مس بر روی الیاف ابریشم، شدند. این مواد قابلیت کاربرد در مصارف آنتی باکتریال، ضدقارچ و کپک‌ها، به عنوان کاتالیزور هتروژن در صنایع شیمیایی، وسایل بیمارستانی، ساخت انواع غشاها و… را دارند.

امیررضا عباسی، پژوهشگر پسادکتری شیمی معدنی دانشگاه تربیت مدرس، به سرپرستی دکتر علی مرسلی (استاد راهنما) و همکاری کامران اخباری (دانشجوی دکتری شیمی معدنی) از همین دانشگاه، با بررسی عوامل مختلفی مانند دما، حضور و قدرت امواج اولتراسونیک، اثر هم زدن محیط واکنش بر مورفولوژی و اندازه نانوذرات مورد نظر، موفق به سنتز نانوذرات با چارچوب فلز-آلی (MOF) شد.

دکتر عباسی ابراز داشت: «مطالعات انجام شده نشان می دهند که MOF‌ها به عنوان دسته جدیدی از مواد نانو متخلخل برای ذخیره و جداسازی گازها، غشاهای جداکننده و انواع فرآیندهای کاتالیستی مناسب هستند. این دسته از ترکیبات متخلخل توجه بسیار زیادی را در دهه اخیر به خود جلب نموده‌اند که این امر به دلیل ابعاد قابل تنظیم حفره‌ها و مساحت سطح بالای آن‌ها، جذب انتخاب‌پذیر مولکول‌های کوچک و پاسخ‌های نوری یا مغناطیسی در حضور مولکول‌های مهمان است.»

در این پژوهش، نانوساختارهای چارچوب فلز-آلی Cu3BTC2 بر روی الیاف ابریشم از غوطه‌وری پی در پی در محلول‌های مس استات و لیگاند بنزن تری کربوکسیلیک اسید تحت امواج فراصوت تهیه شد. دکتر عباسی در رابطه با مراحل انجام پروژه ادامه داد: «در این بررسی، عوامل مختلفی مانند اثر غلظت مواد اولیه، دما، حضور و قدرت امواج اولتراسونیک، زمان واکنش، اثر حلال و اثر هم زدن محیط واکنش بر مورفولوژی و اندازه‌ی نانوذرات بر روی واکنش مورد نظر مورد مطالعه و بررسی قرار گرفتند. پس از پایان واکنش، محصول به دست آمده صاف شده، مورد شستشو قرار گرفته و سپس خشک شدند و با روش‌های XRD و SEM محصول بهینه مورد‌شناسایی قرار گرفتند. برای بررسی نقش امواج فراصوت بر اندازه دانه‌ها و مورفولوژی و ترکیب شیمیایی محصولات، یکی از واکنش‌ها در عدم حضور امواج فراصوت صورت گرفت. در این کار، تهیه الیاف ابریشمی حاوی نانو ساختارهای آلی-فلزی H3BTC2 به روش غوطه وری در محیط اولتراسونیک مورد بررسی قرار گرفت. همچنین در این روش، عوامل مختلف مانند تعدد سیکل، دما، pH و حضور یا عدم حضور امواج فرا صوت و شدت آن در شکل‌گیری و تثبیت نانو ساختارهای MOF روی الیاف نیز بررسی شد.»

شواهد این پژوهش نشان می‌دهند که امواج نه تنها بر هسته زایی موثرند، بلکه بر اندازه ذرات نیز اثر می‌گذارند. همچنین با توجه به فعالیت آنتی باکتریال قابل توجه نانوساختار‌های مس و ترکیبات آن، آزمایشاتی مبنی بر بررسی این خاصیت انجام گردید که نتایج آن نشان می‌دهد که هاله عدم رشد در برخی از نمونه‌های حاوی نانوذرات گسترش بیشتری از نمونه شاهد حاوی لیف ابریشم اولیه را دارد.

دکتر عباسی در ادامه نتایج به‌دست آمده از این پژوهش اضافه کرد: «الگوی XRD الیاف ابریشم حاوی نانوذرات MOF منطبق با الگوی MOF شبیه‌سازی شدهی حاصل از مطالعه تک کریستال آن است. همچنین با افزایش pH، دپروتونه شدن الیاف افزایش یافته و از این رو میزان پوشش دهی لیف به‌وسیله‌ی نانوذرات نیز افزایش می‌یابد. حضور امواج اولتراسونیک نیز باعث کاهش اندازه ذرات تشکیل شده بر سطح لیف می‌گردد، چرا که تابش این امواج مانع از نزدیکی ذرات به یکدیگر و تشکیل ذرات بزرگ‌تر میشود.»

کامپوزیت‌های سنتز شده قابلیت کاربرد در مصارف آنتی باکتریال، ضد قارچ و کپک‌ها، به عنوان کاتالیزور هتروژن در صنایع شیمیایی، وسایل بیمارستانی، ساخت انواع غشاها و… را دارند.

این پژوهش در زمینه پوشش‌های آنتی باکتریال و غشاهای انتخاب‌پذیر در حال پیگیری است. نتایج این کار تحقیقاتی در مجله Ultrasonics Sonochemistry منتشر شده است.