"Kavez svih kaveza" je način na koji su znanstvenici opisali novu vrstu poroznog materijala, jedinstvenog po svojoj molekularnoj strukturi, koji bi se mogao koristiti za zadržavanje ugljičnog dioksida i drugog, snažnijeg stakleničkog plina, stoji u istraživanju objavljenom u Nature Synthesis.

Molekula se sintetizira u laboratoriju u dvije faze: prva je sastavljanje trostranih prizmi, a druga sastavljanje prizmi u simetrični tetraedarski kavez eterskim mostovima. To stvara tzv. kavezne molekule izvrsne hidrolitičke stabilnosti različite od sličnih dinamičkih kaveznih konektora. Unatoč tome što su ovako dobivene molekule velike (3,001 g mol-1) kavez pokazuje dobru topljivost i kristalizira u poroznu superstrukturu s površinom od 1,056 m2 g-1. Ovdje je važno napomenuti da, iako je materijal porozan, njegova građevna struktura nije.

Niska reverzibilnost

"Supramolekularno samosastavljanje" moćna je strategija za sintezu molekula koje se sastoje od niza zasebnih sklopova (npr. trostranih prizme koje se slažu u tetraedare). Ti sklopovi također mogu biti veličine nanometara ili kemijski povezani. Međutim, dobivanje željenih rezultata samosastavljanja za složenije molekule brzo postaje sintetički izazovno, osobito kada kemija koja stvara vezu ima nisku reverzibilnost.

Ovo stvara dihotomiju: uspješnije supramolekularne reakcije često dovode do labilnih, nestabilnih proizvoda, a to može ograničiti opseg primjene. Ovaj se izazov može riješiti pažljivim podešavanjem strukture i funkcionalnosti prekursora, kao što je molekularna geometrija, ili iterativnom optimizacijom sintetskih postupaka, ali najbolji reakcijski uvjeti često nisu intuitivno očiti.

Rezultirajući materijal, sa svojim obiljem polarnih molekula, privlači i zadržava stakleničke plinove poput ugljičnog dioksida. Također je pokazao izvrsnu stabilnost u vodi, što bi bilo kritično za njegovu upotrebu u hvatanju ugljika u industrijskim uvjetima, iz mokrih ili vlažnih tokova plina.

Laboratorijski eksperimenti

Iako nisu testirani u velikim količinama, laboratorijski eksperimenti pokazali su da ovaj novi materijal ima visoku apsorpciju sumpornog heksafluorida (SF6), koji je prema Međuvladinom panelu za klimatske promjene najjači staklenički plin. Dok se CO2 zadržava u atmosferi 5-200 godina, SF6 može lebdjeti između 800 i 3200 godina. Dakle, iako su razine SF6 u atmosferi puno niže, njegov iznimno dug životni vijek daje SF6 potencijal globalnog zagrijavanja od oko 23.500 puta veći od CO2 u usporedbi tijekom 100 godina.

Obilje polarnih atoma u šupljini kaveza daje ovoj molekuli visok kapacitet upijanja CO2 i SF6. Dobra topljivost kaveza u acetonu ukazuje da ima potencijal da se koristi kao građevni blok za još složenije strukture, kao što su porozni kristali u kavezu. Na primjer, u budućnosti bi moglo biti moguće dizajnirati analogne sustave gdje [2+3] kavezi doprinose diskretnoj, montažnoj poroznosti u hijerarhijski porozni kristal višeg reda, ističu autori.

Osim njegovog potencijala da apsorbira stakleničke plinove, istraživači sugeriraju da bi se njihov novi materijal mogao koristiti i za uklanjanje drugih otrovnih para iz zraka, poput hlapljivih organskih spojeva, koji lako postaju pare ili plinovi s površina, uključujući unutrašnjost novih automobila.