Materiaalchemici in het Koninkrijk Saoedi-Arabië hebben een superporeuze vaste stof ontwikkeld die bestaat uit een lappendeken van metaalionen en organische linkers (een metaal-organisch raamwerk, of MOF) die tot 200% van zijn eigen gewicht aan luchtvochtigheid kan opzuigen. De technologie, gepresenteerd op 11 januari in het tijdschrift Chemo , kan worden toegepast op het reguleren van vochtigheidsniveaus, vooral in krappe omgevingen zoals vliegtuigcabines en gebouwen met airconditioning.

"Het verbaast me niet dat MOF's bestaande vaste stoffen overtreffen in hun opname van watercapaciteit, " zegt senior auteur Mohamed Eddaoudi, van de King Abdullah University of Science and Technology. "MOF's' modulariteit, ultrahoge oppervlakten, en grote poriënvolumes, gecombineerd met de mogelijkheid om de functionaliteit van het porieoppervlak en de poriegrootte en -vorm te regelen, plaats MOF's als potentiële kandidaten voor energie-efficiënte en kosteneffectieve vochtigheidscontrolesystemen."

Permanent poreuze superabsorberende materialen, met de gecombineerde vereiste hydrolytische stabiliteit en aanzienlijke wateropname, zijn een uitdaging om te maken omdat de meeste poreuze vaste stoffen ofwel te dicht of te reactief zijn voor water. Eddaoudi en zijn medewerkers hebben dit probleem overwonnen met hun ontwerp van Cr- soc -MOF-1, een MOF bestaande uit chroomionen die aan elkaar zijn gekoppeld door op carboxylaat gebaseerde organische liganden die goed gedefinieerde kooien en kanalen achterlaten waar water zich kan verzamelen. De chroomionen worden op een tweetandige manier op hun plaats gehouden door carboxylaatgroepen, vorming van een rigide hexacarboxylaat oxo-trinucleaire chroom (III) cluster, ervoor te zorgen dat de resulterende Cr- soc -MOF-1 adsorbens bezit de vereiste hydrolytische stabiliteit.

De onderzoekers testten Cr- soc -MOF-1's wateradsorptie-eigenschappen en ontdekte dat naarmate de relatieve vochtigheid toeneemt tot 55%, de geadsorbeerde hoeveelheid water neemt geleidelijk toe, gevolgd door een steile wateropname tussen 60 en 75% relatieve vochtigheid. Als dit punt, de MOF bereikt zijn maximale capaciteit, waar het bijna twee keer zijn gewicht kan opvangen in geadsorbeerd water (1,95 g/g). duidelijk, cr- soc -MOF-1 behoudt zijn structurele integriteit en prestaties gedurende meer dan 100 geteste waterdampadsorptie-desorptiecycli.

Nu de onderzoekers een materiaal hebben dat de vochtigheid gemakkelijk kan reguleren (absorbeert en desorbeert), ze werken samen om manieren te ontwikkelen om een ​​apparaat voor vochtigheidscontrole te creëren.

"In 20 jaar zijn we van een folklore dat MOF's niet stabiel zijn en gewoon mooie structuren zijn, naar MOF's met ongekende hydrolytische stabiliteit en uitzonderlijke eigenschappen die relevant zijn voor energiezekerheid en ecologische duurzaamheid, " zegt Eddaoudi. "Ik twijfel er niet aan dat de toekomst van MOF's rooskleurig is, en de enige beperking zal de verbeeldingskracht van de wetenschapper zijn over waar MOF's effectief en efficiënt kunnen worden ingezet."