Natura dinamică și flexibilitatea sitelor moleculare este esențială în ceea ce privește performanța lor pentru transportul moleculelor mici. Credit: Universitatea din Liverpool
Cercetătorii de la Universitatea din Liverpool și Universitatea de Știință și Tehnologie King Abdullah au raportat câteva descoperiri interesante cu privire la cadrele metal-organice (MOF), o clasă de materiale poroase, care poate beneficia de o gamă largă de procese importante de separare a gazelor. Descoperirile sunt raportate în două lucrări de cercetare.
Ramele metal-organice (MOF) sunt o clasă relativ nouă de materiale poroase, cristaline, cu o gamă largă de aplicații.
Unele MOF-uri pot acționa ca o sită moleculară, permițând trecerea unui tip de moleculă de gaz dintr-un amestec în timp ce blochează altele. De exemplu, se știe că unele MOF separă propilena de propan, un proces important în producția de plastic din polipropilenă pentru care este necesară propilenă de înaltă puritate.
Într – o primă lucrare publicată în Comunicări despre naturăCercetătorii demonstrează că, spre deosebire de o sită de bucătărie, aceste site moleculare tridimensionale își pot schimba forma porilor și flexibilitatea lor este vitală pentru această performanță.
Calculele de mare viteză ale proprietăților de transport al gazelor în mii de materiale poroase identifică materialele care prezintă potențialul de separare a gazelor eficiente din punct de vedere energetic în industria chimică. Credit: Universitatea din Liverpool
Modelarea computațională susținută de date experimentale cu raze X arată că pentru un MOF atât de performant, numit KAUST-7, modificările structurale în MOF cauzate de prezența moleculelor de propilenă și gaz propan sunt calitativ diferite și rezultă în absorbția mai puternică și transportul mai rapid al propilenei stingând astfel substanțial moleculele de propan.
Cu toate acestea, este dificil să se prevadă ce alte tipuri de MOF au această flexibilitate funcțională și, prin urmare, pot fi, de asemenea, bune pentru o anumită separare a gazelor, deoarece performanța este controlată de interacțiuni moleculare specifice care sunt dificil prezis sau identificat experimental.
În a doua scrisoare publicată în Chimie fizică Fizică chimică, cercetătorii se concentrează asupra acestei provocări.
Ei au dezvoltat o abordare de screening de calcul pentru a estima peste patru mii de MOF raportate anterior pentru flexibilitatea lor atunci când acționează ca o sită moleculară. Folosind această abordare, au identificat patru MOF-uri majore care arată potențialul de a separa propilena de propan – dintre care două se știe deja că au o performanță bună, în timp ce celelalte două nu au fost încă testate pentru această aplicație experimental.
Dr. Matthew Dyer, lector de chimie și parte a Centrului de cercetare pentru proiectarea materialelor funcționale de la Universitatea din Leverkusen, a spus: .
„Cercetările noastre se adaugă la cunoștințele noastre despre MoF, de ce unii sunt capabili să acționeze ca site și care arată flexibilitate.
„Folosind o abordare de calcul, suntem capabili să identificăm MOF-uri flexibile, iar aceste descoperiri au potențialul de a face procesul de purificare a gazelor mai eficient din punct de vedere energetic. Acest lucru este important în ceea ce privește producerea materialelor plastice de înaltă calitate, care au nevoie de compuși de pornire pure, care sunt de obicei extrase din subproduse gazoase în procesarea petrochimică. “
„Astfel de abordări de examinare cu randament ridicat pot fi aplicate mai multor materiale diferite cu aplicații potențiale diferite. Ei au potențialul de a schimba modul în care găsim materiale pentru a face față provocărilor tehnologice. “
Referințe:
„Amplasarea diferențiată a oaspeților față de dinamica gazdei crește separarea propilenei / propanului într-un cadru metal-organic” de Dmytro Antypov, Alexander Shkurenko, Prashant M. Bhatt, Youssef Belmabkhout, Karim Adil, Amandine Suadiau, J. Rosseinsky și Matthew S. Dyer, 30 noiembrie 2020, Comunicări despre natură.
DOI: 10.1038 / s41467-020-19207-9
„Demonstrarea de mare viteză a cadrelor metal-organice pentru separarea cinetică a propanului și propenului” de Yohanes Pramudy, Satyanarayana Bonakala, Dmytro Antypov, Prashant M. Bhatt, Alexander Shkurenko, Mohamed Eddaoudi, Matthew J. Rosseinsky și Matthew S. Dyer 6 octombrie 2020, Chimie fizică Fizică chimică.
DOI: 10.1039 / D0CP03790G
Centrul Leverhulme pentru Centrul de cercetare pentru proiectarea materialelor funcționale este un centru de cercetare interdisciplinar care își propune să revoluționeze modelarea noilor materiale. Acesta combină cunoștințele chimice cu cea mai recentă informatică pentru a dezvolta o nouă abordare a proiectării materialelor funcționale la scară atomică.