Forskere laver et glas, der sigter kuldioxid

Adskillelse af kuldioxidmolekyler fra gasblandinger kræver materialer med ekstremt fine porer. Forskere fra Friedrich Schiller University Jena har i samarbejde med universitetet i Leipzig og universitetet i Wien nu fundet en ny måde at gøre dette på.

De omdannede krystallinske metal-organiske rammeforbindelser til glas. På den måde lykkedes det at reducere materialets porestørrelse til det punkt, hvor det bliver uigennemtrængeligt for visse gasmolekyler. De har rapporteret deres resultater i tidsskriftet Nature Materials .

Komprimerede metal-organiske rammer

"Faktisk blev disse glaslignende materialer tidligere betragtet som ikke-porøse," forklarer Dr. Alexander Knebel fra Otto Schott Institute of University of Jena, som ledede dette arbejde. "Udgangsmaterialet, det vil sige de krystallinske strukturforbindelser, har meget klart definerede porer og også et stort indre overfladeareal. Derfor forskes de også som materialer til lagring eller adskillelse af gasser. Denne definerede struktur går dog tabt under smeltning og kompression. Og det udnyttede vi."

"Metal-organiske rammeforbindelser består af metalioner forbundet med stive organiske molekyler," siger lederen af ​​den yngre forskergruppe. "I rummene i disse tredimensionelle, regelmæssige gitter kan gasmolekyler let bevæge sig. Under glasbehandlingen komprimerede vi materialet. Kort sagt var vi i stand til at presse porerne ned til den ønskede størrelse."

Beordret lidelse

Selvom den overordnede struktur af krystallen forsvinder under smeltning - bevarer dele af krystallen deres struktur. "I tekniske termer betyder det:under overgangen fra krystal til glas går materialets rækkefølge på lang rækkevidde tabt, men rækkefølgen på kort rækkevidde bevares," forklarer Knebel.

Oksana Smirnova, en ph.d.-studerende ved University of Jena og hovedforfatteren af ​​værket, tilføjer:"Når vi nu smelter og komprimerer dette materiale, ændrer de porøse mellemrum sig også." Som et resultat skabes der kanaler med indsnævringer – eller endda blindgyder – og følgelig passer nogle gasser simpelthen ikke længere igennem.

På denne måde opnåede gruppen porediametre på 0,27 til 0,32 nanometer i materialet med en nøjagtighed på en hundrededel af en nanometer. "Til illustration:Dette er omkring 10.000 gange tyndere end et menneskehår og 100 gange tyndere end en DNA-dobbelthelix. Med denne porestørrelse var vi i stand til at adskille for eksempel kuldioxid fra ethan," forklarer Knebel. "Vores gennembrud på området er nok den høje kvalitet af brillerne og den præcise justerbarhed af porekanalerne. Og vores briller er også flere centimeter store."

"Et mål med dette arbejde er at udvikle en glasmembran til miljømæssige anvendelser. Fordi at adskille kuldioxid fra gasser er uden tvivl en af ​​vor tids store teknologiske udfordringer," siger Knebel. "Derfor er jeg også taknemmelig ... for det enestående engagement fra min ph.d.-studerende Oksana Smirnova, som bidrog væsentligt til dette arbejdes succes."

Flere oplysninger: Oksana Smirnova et al., Præcis kontrol over gastransporterende kanaler i zeolitiske imidazolatrammeglas, Naturmaterialer (2023). DOI:10.1038/s41563-023-01738-3

Journaloplysninger: Naturmaterialer

Leveret af Friedrich Schiller University of Jena