Tæmning af defekter i nanoporøse materialer for at udnytte dem godt

Ordet "defekt" fremkalder universelt nogle negative, uønsket egenskab, men forskere ved Energy Safety Research Institute (ESRI) ved Swansea University har en anden mening:i området for nanoporøse materialer, mangler kan udnyttes godt, hvis man ved, hvordan man tæmmer dem.

Organiske metalrammer

Et team ledet af Dr. Marco Taddei, Marie Sklodowska-Curie Actions Fellow ved Swansea University, undersøger, hvordan egenskaberne af metal-organiske rammer, en klasse af materialer, der ligner mikroskopiske svampe, kan justeres ved at udnytte deres defekter til at gøre dem bedre til at opfange CO2.

Dr. Taddei sagde:"Metal-organiske rammer, eller MOF'er, er ekstremt interessante materialer, fordi de er fulde af tom plads, der kan bruges til at fange og indeholde gasser. Ud over, deres struktur kan manipuleres på atomniveau for at gøre dem selektive over for visse gasser, i vores tilfælde CO2."

"MOF'er, der indeholder grundstoffet zirconium, er specielle, i den forstand, at de kan modstå tabet af mange forbindelser uden at kollapse. Vi ser disse defekter som en attraktiv mulighed for at lege med materialets egenskaber."

Forskerne fortsatte med at undersøge, hvordan defekter deltager i en proces kendt som "postsyntetisk udveksling", en to-trins procedure, hvorved en MOF indledningsvis syntetiseres og derefter modificeres gennem udveksling af nogle komponenter af dens struktur. De studerede fænomenet i realtid ved hjælp af kernemagnetisk resonans, en almindelig karakteriseringsteknik i kemi. Dette gjorde det muligt for dem at forstå, hvilken rolle defekter spiller under processen.

Den nye undersøgelse vises i det internationale tidsskrift med høj effekt Angewandte Chemie .

"Vi fandt ud af, at defekter er meget reaktive steder i strukturen af ​​MOF, og at deres modifikation påvirker materialets egenskaber på en unik måde." sagde Dr. Taddei "Det faktum, at vi gjorde dette ved at gøre omfattende brug af en teknik, der er let tilgængelig for enhver kemiker over hele kloden, er efter min mening en af højdepunkterne i dette arbejde."

ESRI forskning

ESRI direktør, Professor Andrew Barron er medforfatter til værket, sagde:"I ESRI, vores forskningsindsats er fokuseret på at påvirke den måde, vi producerer energi på, gøre det rent, sikker og overkommelig. Imidlertid, vi er godt klar over, at fremskridt inden for anvendt forskning kun er mulig gennem en dyb forståelse af grundlæggende. Dette arbejde går præcis i den retning."

Undersøgelsen er et proof of concept, men disse resultater danner grundlaget for det fremtidige arbejde, finansieret af Det Tekniske og Fysiske Forskningsråd. Forskerne ønsker at lære, hvordan man kemisk manipulerer defekte strukturer for at udvikle nye materialer med forbedret ydeevne til CO2-opsamling fra stålværkers affaldsgasser, i samarbejde med Tata Steel og University College Cork.

"Reduktion af CO2-emissionerne fra energiproduktion og industrielle processer er bydende nødvendigt for at forhindre alvorlige konsekvenser for klimaet, " siger medforfatter Dr. Enrico Andreoli, Senior Lektor ved Swansea University og leder af CO2-opsamlings- og udnyttelsesgruppen inden for ESRI, "Bestræbelser i vores gruppe er rettet mod udviklingen af ​​både nye materialer til effektivt at opfange CO2 og bekvemme processer til at omdanne denne CO2 til værdifulde produkter."

Dr. Taddei, Professor Barron og Dr. Andreoli er arrangørerne af den 1. europæiske workshop om metalfosfonaterkemi, som afholdes i ESRI den 19. september 2018.