Materialer, der åbner i øjeblikkets varme

Kyoto-universitetets forskere har designet en temperaturkontrollabel, kobberbaseret materiale til sigtning eller lagring af gasser. Princippet, der bruges til at designe materialet, beskrevet i journalen Videnskab , kunne fungere som en plan for udvikling af nanoporøse materialer med en bred vifte af energi, medicinske og miljømæssige anvendelser.

De porøse nanomaterialer, der i øjeblikket bruges til gasseparation og opbevaring, kan ikke afstemmes, fordi deres porer er vedholdende og stive. Susumu Kitagawa, Nobuhiko Hosono, og deres kolleger fra Kyoto University's Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) ønskede at finde en måde at dynamisk ændre porestørrelser i denne type materiale.

De designede en porøs koordineringspolymer, der var dannet af kobberatomer forbundet med sommerfuglformede ligander fremstillet af isophthalsyre og phenothiazin-5, 5-dioxid. Det resulterende materiale var sammensat af små nanokager, hver med otte fremspringende kanaler. Ved meget lave temperaturer, kanalerne, der forbinder nanokagerne, var så smalle, at de effektivt blev lukket. Da temperaturen steg, kanalerne udvides gradvist, tillader gasmolekyler at bevæge sig mellem burene.

Teamet fandt ud af, at en gas kunne bevæge sig eller blive låst inde i materialet afhængigt af størrelsen på gasens molekyler og hvor brede materialets kanaler var ved en given temperatur. De fandt også ud af, at materialet adsorberede en gas ved høje temperaturer og holdt den inde, når omgivelsestemperaturer blev påført, effektivt opbevaring af gassen.

Desuden, når forskerne påførte gasblandinger på materialet, de fandt ud af, at de kunne adskille gasserne baseret på den anvendte temperatur. For eksempel, materialet adsorberede selektivt oxygen, når en gasblanding af lige store koncentrationer af oxygen og argon blev påført i en time ved en temperatur på -93 ° C og et tryk på en bar. Materialet adsorberede selektivt oxygen, selv når argonkoncentrationen i blandingen var signifikant højere end oxygenets.

"Det præsenterede porøse system, der bruger en robust ramme med termisk aktiv molekylær funktionalitet, realiserer temperaturreguleret gasadsorption/desorption ved design, hvor lokal fleksibilitet ved blænde spiller en afgørende rolle, "konkluderer forskerne.