Nyt materiale renser og spalter vand

Metal-organiske rammer (MOF'er) er blandt de mest nyttige og alsidige materialer i dag, demonstrerer strukturel alsidighed, høj porøsitet, og fascinerende optiske og elektroniske egenskaber. Disse egenskaber gør dem til lovende kandidater til en række applikationer, herunder gasopsamling og separation, sensorer og fotokatalysatorer.

Fordi MOF'er er så alsidige i både deres strukturelle design og anvendelighed, materialeforskere tester dem i øjeblikket i en række kemiske anvendelser. En af disse er fotokatalyse, en proces, hvor et lysfølsomt materiale exciteres med lys. Den absorberede overskydende energi forskyder elektroner fra deres atomare baner, efterlader "elektronhuller". Genereringen af ​​sådanne elektron-hul-par er en afgørende proces i enhver lysafhængig energiproces, og i dette tilfælde, det tillader MOF at påvirke en række kemiske reaktioner.

Et team af forskere ved EPFL Sion ledet af Kyriakos Stylianou ved Laboratory of Molecular Simulation har nu udviklet et MOF-baseret system, der ikke kan udføre én, men to typer fotokatalyse samtidigt:produktion af brint og rensning af forurenende stoffer fra vandet. Materialet indeholder billige, rigeligt nikkelphosphid (Ni2P), og viste sig at udføre effektiv fotokatalyse under synligt lys.

Den første type fotokatalyse, produktion af brint, involverer en reaktion kaldet "vandspaltning". Som navnet antyder, reaktionen opdeler vandmolekyler i deres bestanddele brint og oxygen. En af de større applikationer her er at bruge brinten til brændselsceller, som er energiforsyningsenheder, der bruges i en række forskellige teknologier i dag, herunder satellitter og rumfærger.

Den anden type fotokatalyse omtales som "nedbrydning af organiske forurenende stoffer, " som refererer til processer, der nedbryder forurenende stoffer i vand. Forskerne undersøgte dette innovative MOF-baserede fotokatalytiske system mod nedbrydningen af ​​det giftige farvestof rhodamin B, almindeligvis brugt til at simulere organiske forurenende stoffer.

Forskerne udførte begge test i rækkefølge, viser, at det MOF-baserede fotokatalytiske system var i stand til at integrere den fotokatalytiske generering af brint med nedbrydningen af ​​rhodamin B i en enkelt proces. Det betyder, at det nu er muligt at bruge dette fotokatalytiske system til både at rense forurenende stoffer ud af vandet, samtidig med at der produceres brint, der kan bruges som brændstof.

"Dette fotokatalytiske system uden ædelmetal bringer fotokatalyseområdet et skridt nærmere praktiske 'soldrevne' applikationer og viser MOF'ers store potentiale på dette område, " siger Kyriakos Stylianou.