Озон - опасный загрязнитель воздуха, вызывающий серьезные проблемы со здоровьем. Недавно разработанный материал не только быстро и избирательно указывает на присутствие озона, но и одновременно обезвреживает газ. Как сообщили китайские исследователи в Angewandte Chemie, пористые «системы 2-в-одном» также надежно работают в очень влажном воздухе.
Озон (O3) может вызвать проблемы со здоровьем, такие как затрудненное дыхание, повреждение легких и приступы астмы. Поэтому соответствующие правила техники безопасности ограничивают допустимую концентрацию озона на рабочем месте. Предыдущие методы обнаружения озона, такие как основанные на полупроводниках, имеют ряд недостатков, включая высокое энергопотребление, низкую селективность и сбои в работе из-за влажного воздуха. Методы, направленные на снижение концентрации озона, до сих пор основывались в основном на активированном угле, химической абсорбции или каталитическом разложении.
Команда под руководством Чжэньцзе Чжана из Университета Нанькай (Тяньцзинь, Китай) поставила перед собой цель разработать материал, который может быстро обнаруживать и эффективно удалять озон. В их подходе используются материалы, известные как ковалентные органические каркасы (КОФ). COF представляют собой двух- или трехмерные органические твердые тела с протяженной пористой кристаллической структурой; их компоненты связаны друг с другом прочными ковалентными связями. COF можно адаптировать для многих приложений путем выбора различных компонентов.
Исследователи выбрали легко производимые высококристаллические COF, состоящие из ароматических кольцевых систем. Отдельные строительные блоки связаны через соединительные группы, называемые иминами (атом азота, связанный с атомом углерода двойной связью). Они в центре событий.
Иминовые КФ указывают на присутствие озона посредством быстрого изменения цвета с желтого на оранжево-красный, которое можно увидеть невооруженным глазом и зарегистрировать с помощью спектрометра. В отличие от многих других детекторов, иминовый COF также работает очень надежно, чувствительно и эффективно при высокой влажности и в широком диапазоне температур. В присутствии воды молекулы воды предпочтительно связываются с иминными группами. Следовательно, утверждают исследователи, высвобождается ион гидроксида (OH−), который вступает в реакцию с молекулой озона. Положительно заряженный атом водорода остается связанным с иминной группой, вызывая изменение цвета. Если озона больше, чем воды (или насыщенный озоном воздух полностью сухой), избыток озона связывается с иминными группами и расщепляет их. Каждая иминная группа разрушает две молекулы озона. Это также вызывает изменение цвета, и кристаллическая структура начинает медленно разрушаться. Таким образом, иминовый COF не только обнаруживает озон, но также надежно и эффективно разрушает вредный газ. Это делает его более эффективным, чем многие традиционные материалы, используемые для этой цели.