Et skridt hen imod syntese af metalorganiske strukturer

Dr. Inhar Imaz og ICREA-professor Daniel Maspoch er hjernen bag en ny metode til organisk metalstruktursyntese. Deres spraytørringsteknik forventes at fremme kommercialiseringen af ​​MOF'er betydeligt.

En gruppe af EU-projektpartnere (ProDIA) har med succes udviklet synteseprocesser, der muliggør fremstilling af metalorganiske rammematerialer (MOF'er) i industriel skala. Disse innovative metoder har reduceret produktionsomkostningerne markant, tillader MOF'er at blive prissat konkurrencedygtigt i forhold til mange nuværende markedsledende materialer. Med evnen til at tilbyde disse avancerede porøse materialer til en økonomisk rentabel pris, de forventede fordele ved deres overlegne ydeevne kan nu realiseres.

Metalorganic frameworks (MOF'er) er blandt de mest spændende materialer, der er dukket op i de sidste to årtier. De er pulveriserede faste stoffer sammensat af metaller eller metalklynger forbundet med organiske ligander til udvidede netværk, som ofte har meget høj porøsitet i nanoporeområdet (1 nanometer =10 ^-9 m). Det er disse små porer eller hulrum, der gør disse MOF-materialer velegnede til opbevaring af gasser såsom CH ₄ , H ₂ Åh, CO ₂ , NH ₃ og nej, blandt andre. Sammen med deres kemiske fleksibilitet, MOF'er har et stort potentiale inden for en bred vifte af sektorer, der dækker energi, miljømæssige og biologiske anvendelser.

Konsortiet har med succes opnået betydelige fremskridt på to områder, der er kritiske for MOFs industrialisering/fremstilling og formning/formulering. Flere fremstillingsprocesser blev undersøgt, udviklet og valideret til at muliggøre produktion i flere kilo skala af en strukturelt og kemisk forskelligartet række MOF-materialer. Der blev fremstillet passende formede legemer og formuleringer omfattende de fremstillede MOF-pulvere, karakteriseret og testet til brug i de vigtigste anvendelsesområder for gaslagring til ren mobil energi, spildvarmebaserede køleløsninger til datacentre, luftrensning, og forebyggelse af infektioner erhvervet af medicinsk udstyr. Data indsamlet i side-by-side test med branchebenchmarks beviser den overlegne ydeevne, der kan opnås fra de fremstillede materialer, bekræfter deres enorme fremtidspotentiale.

En gruppe forskere ledet af Dr. Inhar Imaz og ICREA Prof. Daniel Maspoch ved Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) udviklede en af ​​de nye metoder til MOF-syntese:spraytørring. ICN2's spraytørringsmetode blev først offentliggjort i Naturkemi i 2013. Det blev patenteret og licenseret til andre ProDIA-partner MOFApps i 2015. Nu, det er blevet skaleret op fra gram- til kilo-skala produktion i samarbejde med forskningsgruppen ledet af prof. David Farrusseng (IRCELYON, CNRS), MOFApps og Axel'One.

Nøglen til denne hurtige rejse fra laboratorium til industri er, at metoden er blevet tilpasset fra en almindelig industriel proces, der ikke kræver specialudstyr. Det bruger også vand som reaktionsmedium, gør det til en lav pris, miljøvenlig vej til kontinuerlig produktion af en række porøse MOF'er. Unik i Europa, proof-of-concept installationen placeret på Axel'One er 10,5 meter høj og giver flere titusinder af kilo af den kobberbaserede MOF, HKUST-1, på få timer. Dette er et vigtigt skridt mod produktion i industriel skala (~300 kg/dag) af MOF'er via spraytørring, hvilket ville give disse materialer den konkurrencedygtige pris, de har brug for til masseoptagelse.