Sciencemag.cz
Doporučujeme
Ozon chrání pozemský život v ozonosféře, působí jako dezinfekce, ale přímo s ním interagovat nechceme, protože poškozuje lidský organismus (dýchací systém/plíce). V Angewandte Chemie navrhli vědci nový systém, který současně zahrnuje senzor zaznamenávající ozon a umožňuje i odstraňování tohoto plynu.
Dosavadní způsoby detekce ozonu jsou energeticky náročné, bývají náchylné k falešným poplachům (nízká selektivita) a analyzátory navíc často poškozuje vzdušná vlhkost. Přitom v některých případech je měření koncentrace ozonu povinné jako součást bezpečnosti práce. Podobné problémy mají i technologie používané k vychytávání ozónu, ať už jde o aktivní uhlí nebo jiné způsoby jeho absorpce.
Tým vedený Zhenjie Zhang z čínské Nankai University navrhuje k detekci i odstraňování ozonu používat tzv. kovalentní organické rámce (covalent organic frameworks, COF). Jedná se o organické pevné látky navzájem propojené silnými kovalentními vazbami, přitom ale porézní. Vlastnosti různých sloučenin tohoto typu lze snadno navrhovat na míru a ladit. Konkrétně v tomto případě byly použity aromatické kruhy propojené iminovými skupinami (atom dusíku vázaný dvojnou vazbou k jednomu atomu uhlíku a jednoduchou vazbou k druhému). Tyto iminové COF reagují na přítomnost ozonu změnou barvy ze žluté na oranžovou až červenou, přičemž tuto změnu lze snadno zaznamenat spektrometrem, ale mnohdy i okem. Detekce má být spolehlivá, citlivá, funguje v širokém rozsahu teplot i při vysoké vzdušné vlhkosti.
Vlastní chemická podstata reakce má spočívat v tom, že s iminovou skupinou reaguje voda, vzniká hydroxidový aniont a ten pak reaguje s molekulou ozonu. Reakce bez ozonu by byla nějak rovnovážná, v přítomnosti ozonu pak ale zůstane z vody iont H+ navázaný na imin a dojde ke zřetelné změně barvy. Pokud je ve vzduchu více ozonu než vody (nebo je vzduch zcela suchý), s iminovou skupinou (bez ohledu na to, zda je na ni navázán H+) navíc zreagují dvě molekuly ozonu a krystalická struktura COF se zhroutí. I v tomto případě dojde ke změně barvy a kromě samotné detekce se tím koncentrace ozonu současně sníží.
Dong Yan et al. Rational Fabrication of Crystalline Smart Materials for Rapid Detection and Efficient Removal of Ozone, Angewandte Chemie International Edition (2020). DOI: 10.1002/anie.202015629
Zdroj: Wiley/Phys.org
