کریستال‌های مطلوب برای شناسایی نیتریک‌اکسید

تشخیص نیتریک اکسید (NO) و اهمیت آن

تشخیص نیتریک اکسید (NO) برای پایش کیفیت هوا بسیار حائز اهمیت است، زیرا NO آزاد شده در احتراق سوخت‌های فسیلی به باران اسیدی و مه آلودگی کمک می‌کند. در پزشکی، NO به عنوان یک مولکول پیام‌رسان مهم شناخته می‌شود و به عنوان یک بیومارکر برای آسم عمل می‌کند.

تحقیقات جدید در مجله Angewandte Chemie

در مجله Angewandte Chemie، یک تیم تحقیقاتی گزارشی از ماده‌ای ارائه داده‌اند که می‌تواند به طور برگشت‌پذیر، با مصرف انرژی کم و با حساسیت و انتخاب‌پذیری بالا، NO را تشخیص دهد: یک چارچوب فلزی-آلی دو بعدی حاوی مس که به صورت الکتریکی هدایت می‌شود.

چارچوب‌های فلزی-آلی (MOFs)

چارچوب‌های فلزی-آلی (MOFs) ساختارهای شبکه‌ای هستند که از “گره‌های” فلزی متصل به یکدیگر توسط پل‌های آلی (لیگاندها) تشکیل شده‌اند. یک کلاس نوظهور از MOFs، ساختارهای الکتریکی هادی هستند که شامل لایه‌هایی می‌باشند. این 2D-cMOFs پتانسیل بالایی به عنوان حسگرهای شیمیایی مقاومتی نشان داده‌اند که به حضور مولکول‌های خاص با تغییر در مقاومت الکتریکی خود واکنش نشان می‌دهند، که این امر می‌تواند امکان تشخیص حساس و کم‌مصرف گازهای سمی را فراهم کند.

چالش‌ها و پیشرفت‌ها

مشکلات موجود در چنین سیستم‌هایی شامل واکنش متقابل با انواع مختلف گازها و قابلیت استفاده محدود به دلیل پیوند غیرقابل برگشت آنالیت‌ها بوده است. حالا، کاترین آ. میریکا، کریستوفر اچ. هندون و تیم آن‌ها در کالج دارتموث (هانور، نیوهمپشایر، ایالات متحده)، دانشگاه اورگن (اوجین، اورگن، ایالات متحده) و مؤسسه ملی علم و فناوری اولسان (کره جنوبی)، یک 2D-cMOF قابل استفاده مجدد برای تشخیص بسیار انتخابی NO توسعه داده‌اند.

آن‌ها تصمیم به استفاده از یک 2D-cMOF مبتنی بر مس و هگزامینوبنزن، Cu₃(HIB)₂ گرفته‌اند.

تولید ماده‌ای با بلورینگی بالا برای حسگرهای NO

به لطف استراتژی سنتزی متفاوت خود (اضافه کردن لینک‌کننده به صورت پودر حل‌نشده به محلول یون‌های Cu2+ و استات پتاسیم)، تیم تحقیقاتی موفق به تولید ماده‌ای با بلورینگی به‌مراتب بالاتر (بلورهای میله‌ای شکل به طول حدود ۵۰۰ نانومتر) نسبت به آنچه قبلاً به‌دست آمده بود، شد. این بلورها از لایه‌های انباشته شده‌ای از ساختار شبیه به شبکه‌ای تشکیل شده‌اند که شامل حلقه‌های شش‌گانه هستند که توسط یون‌های مس متصل به اتم‌های نیتروژن به هم پیوسته‌اند.

تحلیل‌های طیف‌سنجی و محاسبات نشان داد که محل‌های اتصال برای NO، واحدهای Cu-bis(iminobenzosemiquinone) در مس-۲D-cMOFs هستند. یک ترکیب مشابه که با نیکل به جای مس ساخته شده بود، هیچ جذب قابل توجهی از NO نشان نداد. به‌وضوح، یون‌های مس با بار مثبت واحد، که در مقادیر کم در ساختار وجود دارند، به‌علاوه یون‌های با بار مثبت دوگانه، نقش مهمی در اتصال NO ایفا می‌کنند.

مطالعات محاسباتی نشان می‌دهند که NO جذب شده به‌طور قابل توجهی ساختار را دچار انحراف می‌کند و حالت متصل را ناپایدار می‌سازد که این امر علت اصلی قابلیت برگشت‌پذیری مطلوب جذب NO است. این ماده حسگر جدید قادر است NO را در دمای اتاق و ولتاژ پایین (۰.۱ ولت) با حساسیت بالا (حد تشخیص حدود ۱.۸ ppb) شناسایی کند و می‌تواند حداقل به مدت هفت چرخه بدون نیاز به احیا دوباره استفاده شود.

اندازه‌گیری‌های کمی NO همچنین در حضور رطوبت موفقیت‌آمیز بود و نشان داد که سیگنال حسگر نسبت به NO در مقایسه با سایر گازها، مانند دی‌اکسید نیتروژن، هیدروژن سولفید، دی‌اکسید گوگرد، آمونیاک و مونوکسید و دی‌اکسید کربن، به‌طور قابل توجهی افزایش یافته است.