Porøse krystaller binder fluorholdige drivhusgasser

Emissioner af drivhusgasser bidrager væsentligt til den globale opvarmning. Ikke kun kuldioxid (CO₂ ), men også fluorholdige gasser - herunder såkaldte per- eller polyfluorerede kulbrinter eller PFC'er - har en betydelig andel i denne udvikling. Forskere ved Institut for Organisk Kemi ved Heidelberg Universitet ledet af Prof. Dr. Michael Mastalerz udviklede for nylig nye krystallinske materialer, der selektivt kan adsorbere molekylerne af sådanne kulstof-fluorbindinger. Heidelberg-forskerne håber, at disse porøse krystaller kan være nyttige til målrettet binding og genvinding af PFC'er.

Polyfluorerede carboner er organiske forbindelser af forskellig længde, hvori alkanernes brintatomer er helt eller delvist erstattet af fluoratomer. Disse atomer er kemisk meget stabile. De er ikke allestedsnærværende i naturen og bruges hovedsageligt til ætseprocesser i halvlederindustrien, i øjenkirurgi og i medicinsk diagnostik som kontrastforstærkere til visse ultralydsundersøgelser.

"I modsætning til CO₂ , som er integreret i naturlige materialekredsløb, ophobes PFC'er i atmosfæren og bliver der i flere tusinde år, før de nedbrydes," siger prof. Mastalerz. Sammenlignet med kuldioxid har PFC'er således et meget større globalt opvarmningspotentiale - virkningen af et PFC-molekyle er stort set lig med 5.000 til 10.000 CO₂ molekyler. Ifølge forskeren gør det polyfluorerede kulbrinter til et permanent problem, som ikke kun bidrager til global opvarmning nu, men også accelererer den.

Med sin forskergruppe ved Institut for Organisk Kemi ved Heidelberg Universitet har prof. Mastalerz udviklet en ny type krystallinsk materiale, der kan adsorbere polyfluorerede kulbrinter meget selektivt og binde dem til dets indre overflade. De porøse krystaller er baseret på formfaste organiske burforbindelser, der bærer fluorholdige sidekæder på de indbyrdes forbundne stivere. Disse sidekæder reagerer i overensstemmelse med princippet om "like tiltrækker lignende" via fluor-fluor-interaktioner med PFC-molekylerne, hvilket sikrer, at de aflejres på den indre overflade af materialet.

I deres eksperimenter beviste Heidelberg-forskerne, at de krystaller, de udviklede, binder visse fluorholdige gasser såsom octafluorpropan eller octafluorcyclobutan cirka 1.500 til 4.000 gange stærkere end dinitrogen, luftens hovedbestanddel. Ifølge prof. Mastalerz repræsenterer disse tal ekstraordinært høje selektiviteter til at binde sådanne PFC'er.

I øjeblikket arbejder prof. Mastalerz og hans team på yderligere at øge krystallernes selektivitet og overføre processen til andre fluorholdige gasser, såsom dem, der anvendes i medicinsk anæstesi. "Jeg ser et enormt potentiale for udvikling på dette område," siger forskeren. Han håber, at adsorbenten kan bruges til genvinding af polyfluorerede kulbrinter på deres anvendelsessted.

Forskningsresultaterne blev offentliggjort i Advanced Materials . + Udforsk yderligere

Under anaerobe forhold kan almindelige mikrobielle samfund bryde den ultrastærke kulstof-fluorbinding