Metal organiske rammer metallisk beherskelse

De stramt definerede forhold mellem metaller i MOF'er gør dem til ideelle udgangsmaterialer til skabelse af nye katalysatorer.

Opvarmning af bimetalliske organiske metalstrukturer (MOF'er), indtil deres porøse struktur kollapser til nanopartikler, kan være en yderst effektiv måde at fremstille katalysatorer på. Denne nye tilgang til katalysatordesign er nu blevet brugt af KAUST og spanske forskere til at lave en robust katalysator, der omdanner kuldioxid (CO) ₂ ) til kulilte (CO) gas med hidtil uset selektivitet.

Fordelen ved denne metode, som er banebrydende på KAUST, er, at den kan generere blandede metalkatalytiske nanopartikler, som har vist sig at være udfordrende eller umulige at fremstille med konventionelle midler.

Indfangning af CO ₂ emissioner og katalytisk omdannelse af drivhusgassen til CO, et værdifuldt kemisk råmateriale, er en mulighed for at reducere drivhusgasser forbundet med klimaændringer. Ædelmetaller kan katalysere denne reaktion, men de er dyre og forsyningerne er begrænsede, siger Samy Ould-Chikh, en forskningsingeniør i KAUST.

"Jernoxidkatalysatorer er et billigt alternativ, "Ould-Chikh siger. "Men, i nærvær af CO, jernet er karburiseret og danner jerncarbid, hvilket fører til dannelse af biprodukter og deaktivering af katalysator."

Tilsætning af titanium til katalysatorpartiklerne kunne stabilisere jernoxid mod karburering. Kemisk uforenelighed mellem jern- og titaniumprækursorer, imidlertid, havde gjort det umuligt at syntetisere nanopartikler med en homogen blanding af de to metaller i det nødvendige forhold. For at overvinde denne begrænsning, holdet henvendte sig til MOF'er, porøse materialer fremstillet af metalioner forbundet med kulstofbaserede linkere.

"Brugen af ​​MOF'er giver os mulighed for perfekt at kontrollere jern-titanium-forholdet på den overordnede MOF, " siger forskningsingeniør Adrian Ramirez Galilea. Opvarmning nedbryder den organiske del af MOF, efterlader de to metaller, homogent blandet i det ønskede forhold og i pæne oktaedriske nanopartikler, der afspejler strukturen af ​​moder-MOF.

Nanopartiklerne omdannede CO ₂ til CO med 100 procent selektivitet, uden tegn på deaktivering efter flere dages brug. "Vores indledende beregninger foreslog, at nanopartikler med sådanne atomforhold skulle være i stand til at gøre jobbet; resultaterne oversteg langt vores oprindelige forventninger, " siger Gascon.

Ud over at fortsætte med at udforske egenskaberne og reaktiviteten af ​​jern-titan nanokatalysatoren, holdet undersøger andre metalkatalysatorsystemer fremstillet af MOF'er på samme måde. "Brugen af ​​MOF'er åbner vejen for at syntetisere nye katalysatorer, som ikke var mulige at lave ved hjælp af konventionelle tilgange, " siger Ramirez Galilea.

"Vi ser på forskellige metalkombinationer til anvendelser lige fra traditionel termisk katalyse til foto- og fototermisk katalyse, " tilføjer Jorge Gascon, der ledede forskningen. "Dette papir er kun toppen af ​​isbjerget."