از تا کردن کاغذ تا مولکول‌ها: کشف شگفت‌انگیز علم در کره جنوبی!

از ظرافت سادگی در هنر تا زدن کاغذ ایده گرفتیم

ایده‌ی اصلی این پژوهش از زیبایی ساده‌ی تا کردن کاغذ نشأت گرفت. همین مسئله باعث شد که محققان به فکر فرو بروند که آیا می‌توان این انعطاف‌پذیری را در سطح مولکولی هم شبیه‌سازی کرد یا نه. بعد از انجام آزمایش‌های فراوان، آن‌ها موفق به طراحی مسیرهای مولکولی‌ای شدند که قابلیت تا شدن دارند و می‌توانند به‌طور فعال با محیط اطرافشان تعامل داشته باشند.

پیشرفت‌های چشمگیر در علم شیمی

تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور ونیونگ چو از دانشگاه ملی علم و فناوری اولسان (UNIST) در کره جنوبی، در این زمینه به موفقیت بزرگی دست یافتند. آن‌ها این مسیرهای مولکولی قابل تا شدن را با استفاده از چارچوب‌های ایمیدازولات زئولیتی (ZIFs) ایجاد کردند. ZIFs نوعی ماده با تخلخل بالاست.

ویژگی‌های منحصربه‌فرد ZIFs

این ساختارها می‌توانند در مقیاس نانو، متناسب با تغییرات دما، فشار و تعامل با گازها، اندازه، شکل و تراز خود را تنظیم کنند. این ویژگی منحصر به فرد به آن‌ها این امکان را می‌دهد تا جریان گاز را تقریباً شبیه به کنترل جریان آب در لوله‌ها، تنظیم کنند. تیم تحقیقاتی ZIFs را به خاطر انعطاف‌پذیری فوق‌العاده‌اش انتخاب کرد. برخلافِ مواد معمولی، مراکز زینک تتراهدرال در ZIFها، مانند لولا عمل می‌کنند و به ساختار اجازه می‌دهند تا به‌طور پویا تا شود و با شرایط محیطی سازگار گردد.

واکنش چارچوب‌ها در برابر محرک‌های مختلف

محققان با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته‌ی پراش اشعه ایکس، شاهد چگونگی واکنش چارچوب به محرک‌های مختلف بودند. این امر پتانسیل بالای آن‌ها را برای کاربردهای واقعی آشکار کرد. این مواد فقط یک کنجکاوی علمی نیستند، بلکه پتانسیل‌های عملی قابل توجهی دارند.

کاربردهای عملی مواد جدید

از این مواد می‌توان برای ساخت فیلترهایی استفاده کرد که به‌طور خودکار برای جذب گازهای مضر بهینه می‌شوند، یا برای طراحی سیستم‌های تصفیه‌ای که می‌توانند آلاینده‌ها را به‌صورت انتخابی حذف کنند. این مطالعه همچنین نسخه‌ای ساده‌شده از یک مدل پیچیده به نام «کابوس لوله‌کش» که شبکه‌ای پیچیده از منافذ است را برجسته کرد و این ایده را مطرح کرد که طراحی تاشو، کلید اصلی برای تسلط بر این ساختارهای پیچیده است.

نظر محققان

پروفسور چوی گفت: «این کار نشان می‌دهد که مکانیزم‌های تا شدن را می‌توان در سطح مولکولی پیاده‌سازی کرد و راه را برای مواد مولکولی پیشرفته، مانند جاذب‌های هوشمند هموار نمود.» او اضافه کرد: «ما انتظار داریم کاربردهای تحول‌آفرینی در زمینه‌های انرژی، علم محیط زیست و بیومدیسین داشته باشیم.»

انتشار نتایج تحقیق

یافته‌های این تحقیق در تاریخ ۲۱ نوامبر ۲۰۲۴ در مجله Angewandte Chemie International Edition منتشر شده است. این مطالعه با حمایت بنیاد ملی تحقیقات کره (NRF) از طریق برنامه محققان میان‌سال و پروژه توسعه فناوری نوآوری انرژی هیدروژنی و همچنین مؤسسه ملی علم و فناوری اولسان (UNIST) انجام شده است.