Synthetische materialen zorgen voor een nieuw wereldrecord voor de grootste hoeveelheid oppervlak

Anonim

Synthetische materialen zorgen voor een nieuw wereldrecord voor de grootste hoeveelheid oppervlak

Wetenschap

Adam Williams

11 september 2012

MOF's zijn samengesteld uit organische linkers die bijeengehouden worden door metaalatomen, en dit resulteert in een moleculaire kooiachtige structuur zoals het bovenstaande model van de NU-110 (Afbeelding: Northwestern University)

Onderzoekers van Northwestern University, Illinois, hebben een wereldrecord gebroken in de creatie van twee synthetische materialen, genaamd NU-109 en NU-110, die de grootste hoeveelheid oppervlaktegebieden van welk materiaal tot nu toe hebben. Om dit in perspectief te plaatsen: als iemand een kristal van NU-110 ter grootte van een korrel zout zou kunnen nemen en het op een of andere manier zou kunnen ontplooien, zou het oppervlak een bureaublad bedekken. Bovendien zou het interne oppervlak van slechts één gram van het nieuwe materiaal anderhalf voetbalvelden omvatten.

De NU-109 en NU-110 synthetische materialen behoren tot een klasse van kristallijne verbindingen aangeduid als metaal-organische raamwerken (MOF's). Van MOF's wordt gedacht dat ze een aanzienlijk potentieel hebben als schepen voor het transport en de opslag van aardgas, katalysatoren en andere duurzame materialenchemie.

Het Northwestern University-team, geleid door Omar Farha, universitair hoofddocent scheikunde aan het Weinberg College van Kunsten en Wetenschappen, heeft het gedrag van de NU-109 en NU-110 MOF's gesynthetiseerd, gekarakteriseerd en computationeel gesimuleerd. De materialen werden geanalyseerd met behulp van de Brunauer-Emmett-Teller (BET) -theorie en bleken 7.000 m2 / g te meten. Dit betekent dat een kilogram (2, 2 lb) van het nieuwe materiaal een inwendig oppervlak heeft dat zeven vierkante kilometer (2, 7 vierkante mijl) kan beslaan - de hoogste oppervlakken van elk poreus materiaal dat is vastgelegd.

De wetenschappers bereikten toegang tot het tot nu toe onbereikbare grote oppervlak van de poreuze NU-109 en NU-110 MOF-materialen door de oplosmiddelmoleculen te verwijderen die eerder gevangen waren in de poriën van de materialen. Dit werd gedaan met behulp van een kooldioxideactivatietechniek, die voorzichtig het oplosmiddel verwijderde en beschadiging van de MOF-materialen vermeed.

De onderzoekers geloven dat hun werk kan leiden tot nog meer vooruitgang in MOF-onderzoek en ze streven ernaar om uiteindelijk het dubbele van het huidige oppervlak van de NU-109 en NU-110 materialen te overschrijden. Om dit te laten gebeuren, zal het ontwerp van MOF's op moleculair niveau moeten veranderen: MOF's zijn samengesteld uit organische linkers die bijeengehouden worden door metaalatomen, en dit resulteert in een moleculaire kooiachtige structuur. Daarom stelt het team voor om meer ruimte-efficiënte linkertypen te gebruiken in het ontwerp van het materiaal.

Een paper die de bevindingen beschrijft met de titel "Metal-organic Framework Materials met ultrahoge oppervlaktegebieden: Is the Sky the Limit?" Werd op 20 augustus gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society en de nieuwe MOF-ontwerpende en synthetiserende technologie wordt momenteel gecommercialiseerd door NuMat Technologies.

Bron: Northwestern University

MOF's zijn samengesteld uit organische linkers die bijeengehouden worden door metaalatomen, en dit resulteert in een moleculaire kooiachtige structuur zoals het bovenstaande model van de NU-110 (Afbeelding: Northwestern University)