Zirkonium-gebaseerd MOF

Metal-organic frameworks (MOFs) kun je inzetten om fosfonaten in zenuwgas snel te hydrolyseren, aldus een publicatie in Nature Materials. Met deze techniek hopen Omar Farha en zijn collega’s van Northwestern University de afbraak van chemische wapens veiliger te maken.

Om zenuwgas te vernietigen hydrolyseert men nu de fosfonaten in het gas via heterogene materialen zoals geactiveerd koolstof en metaaloxides. Deze heterogene stoffen hebben echter weinig oppervlak om de gassen te binden. MOFs zijn erg poreus en hebben juist erg veel oppervlak. Bovendien zijn ze zowel thermisch als mechanisch erg stabiel, dus ze zijn geschikt voor de afbraak gevaarlijke gassen.

De hydrolyse van zenuwgassen gaat in huidige MOFs langzaam omdat de poriën te klein zijn om de moleculen door te laten. De onderzoekers hebben dit opgelost door een nieuw zirkonium-gebaseerd MOF te maken. Dit is opgebouwd uit acht zirkoniumcomplexen, die een stelsel van holle buizen vormen waar de zenuwgassen gemakkelijk in passen.

Met dimethyl 4-nitrofenylfosfaat (DMNP) testten de onderzoekers de werking van de nieuwe MOF. Dit molecuul lijkt erg op zenuwgas, maar het is ongevaarlijk. De Amerikanen richtten zich vooral op de halfwaardetijd, de tijd die het kost om de helft van het gas te hydrolyseren. Dit bleek voor DMNP slechts 15 minuten te zijn, aanzienlijk sneller dan andere MOFs.

Het zenuwgas O-pinacolyl methylfosfonofluoridaat, beter bekend als GD, had een halfwaardetijd van 3 minuten bij droge omstandigheden. In meer vochtige omstandigheden kon de MOF de concentratie gevaarlijke stof halveren in 36 minuten. Dit is vergelijkbaar met de halfwaardetijden van metaaloxiden.

Het voordeel van de MOFs is dat er slechts 30 milligram MOF nodig om deze conversie te bereiken, ten opzichte van honderden milligrammen metaaloxide. De onderzoekers denken dat de MOF zo reactief is omdat het als Lewis-activator de fosfor-zuurstof binding activeert. De volgende stap is volgens de onderzoekers het testen van deze techniek met andere gevaarlijke stoffen.