Kemikere udvikler rekordstort porøst krystallinsk materiale med verdens højeste overfladeareal

Porøsitet er nøglen til højtydende materialer til energilagringssystemer, miljøteknologier eller katalysatorer. Jo mere porøst et faststofmateriale er, jo flere væsker og gasser er den i stand til at opbevare. Imidlertid, et væld af porer destabiliserer materialet. På jagt efter stabilitetsgrænserne for sådanne rammer, forskere ved TU Dresdens kemiske fakultet slog en verdensrekord:DUT-60 er en ny krystallinsk ramme med verdens højeste specifikke overflade og den højeste specifikke porevolumen (5,02 cm ^3g-1 Hidtil målt blandt alle kendte krystallinske rammematerialer.

Det specifikke overfladeareal beskriver summen af ​​alle overfladegrænser et materiale har:de ydre synlige, samt de indre porer:90,3 procent af DUT-60 er fri volumen. Den metal-organiske ramme (MOF) kan adsorbere enorme mængder gas, og er derfor i stand til at opbevare kolossale mængder af gasser eller filtrere giftige gasser fra luften. "Materialer med specifikke overflader så høje som disse kunne vise nye og uventede fænomener, " forklarer Stefan Kaskel fra TU Dresden. "Hvis du forestiller dig den indre overflade af et gram zeolit ​​som en jævn, fly område, det ville dække omkring 800 kvadratmeter. Grafen ville gøre det op til næsten 3000 kvadratmeter. Et gram DUT-60 ville nå et areal på 7800 kvadratmeter."

Materialet blev udviklet ved beregningsmetoder og syntetiseret efterfølgende. Der er kun få forbindelser med lav densitet, der er mekanisk stabile nok til at være tilgængelige for gasser uden at kollapse. "Det tog os fem år fra den beregningsmæssige udvikling til det rene produkt DUT-60, "siger professor Kaskel." På grund af sin meget komplicerede produktion, materialet er dyrere end guld og diamanter, og kan indtil videre kun syntetiseres i små mængder på maksimalt 50 milligram pr. batch." Den tidligere verdensrekord blev holdt af materialet NU-110 udgivet af Omar Farha, Northwestern University, i 2012:Dens porevolumen på 4,40 cm ^3g-1 er væsentligt lavere end den nye rekordholder. DUT-60 markerer et vigtigt skridt i undersøgelsen af ​​de øvre grænser for porøsitet i krystallinske porøse materialer, og stimulerer udviklingen af ​​nye metoder til at bestemme indre overflader.

Inden for DFG Research Unit FOR2433, Prof. Kaskel og partnere arbejder intensivt på produktionen af ​​nye porøse materialer, der kan ændre deres strukturer dynamisk og tilpasse deres porestørrelser. "I øvrigt, vi arbejder på anvendelser af porøse materialer inden for gaslagring, miljøforskning, katalyse, batterier og luftfiltrering. Her i Dresden, vi producerer også organiske metalrammer i en skala på flere kilo. De kan bestilles på Materials Center Dresden."