Een nieuw poreus materiaal kan een te hoge luchtvochtigheid in een ruimte opnemen om deze weer vrij te geven als de luchtvochtigheid daalt. Nu hebben KAUST-onderzoekers een metaal-organisch raamwerk (MOF) -materiaal bedacht dat zijn eigen eigenschappen bewaakt.

MOF's zijn een klasse van microporeuze materialen bestaande uit enkele metalen of metaalclusters verbonden door organische linkermoleculen. Door metalen en organische linkers te variëren, onderzoekers kunnen de vorm precies controleren, grootte en functionaliteit van het microporiënsysteem van het materiaal, wat op zijn beurt het vermogen van het materiaal om bepaalde moleculen te adsorberen beïnvloedt. Er zijn verschillende MOF's ontworpen om selectief koolstofdioxide af te vangen, bijvoorbeeld. Anderen zijn ontworpen om waterdamp te adsorberen.

Deze nieuwe MOF kan de omstandigheden perfect regelen binnen het raam van comfortabele en gezonde vochtigheidsniveaus die zijn vastgesteld door de American Society of Heating, Ingenieurs koeltechniek en airconditioning. Het kan worden gebruikt om de vochtigheid in binnenruimtes te moduleren, vliegtuigcabines of zelfs space shuttles.

Geleid door de MOF-ontwerpstrategieën ontwikkeld bij KAUST, Mohamed Eddaoudi en zijn team in het Advanced Membranes and Porous Materials Center gebruikten de moleculaire bouwsteenbenadering om waterstabiele Y-shp-MOF-5 te assembleren. Dit is een sterk verbonden MOF waarin clusters op basis van zeldzame aardmetalen zijn verbonden door 12 organische linkers.

"Y-shp-MOF-5 vertoont uitzonderlijk gedrag bij blootstelling aan waterdamp bij verschillende vochtigheidsniveaus, " zegt Eddaoudi's promovendus Rasha Abdul Halim. De MOF nam weinig water op in droge lucht, maar als de relatieve vochtigheid hoger is dan 55 procent, de wateradsorptie van het materiaal steeg steil.

Opmerkelijk, als de relatieve vochtigheid onder de 45 procent zakt, de MOF gaf zijn geadsorbeerde water vrij, wat betekende dat het autonoom de relatieve vochtigheid binnen het comfortabele en veilige bereik van 45-65 procent hield. Het behield deze prestatie zelfs na meer dan 1000 waterdampadsorptie-desorptiecycli. "Dit gedrag is ongebruikelijk voor microporeuze materialen, " zegt Youssef Belmabkhout, een senior onderzoeker in de groep van Eddaoudi.

"De verschijnselen met wateradsorptie in Y-shp-MOF-5 zijn onderscheidend van aard, AbdulHalim voegt toe. "De sleutel tot de lage wateropname van het materiaal bij een lage relatieve vochtigheid is het relatief hoge aandeel hydrofobe organische linkers, " zegt ze. "Alleen bij hogere waterdampdruk wordt de hydrofobiciteit overwonnen, aangezien watermoleculen snelgroeiende clusters vormen in de poriën van de MOF."

"Het unieke gedrag van Y-shp-MOF-5 plaatst het in de voorhoede van energie-efficiënte technologieën voor autonome vochtregulerende systemen in gesloten ruimtes, " zegt Eddaoudi, die ons ook vertelde dat het team de ontwikkeling van nieuwe MOF's met vergelijkbare adsorptie-desorptie-eigenschappen nastreeft, maar met een superieure wateropnamecapaciteit.