Van de vier toestanden van materie, gassen zijn het moeilijkst vast te stellen. Gasmoleculen bewegen snel en wild en houden er niet van om opgesloten te zijn. Wanneer opgesloten, warmte en druk bouwen in de container, en het duurt niet lang voordat het gas de deksel van de zaak blaast, letterlijk. Gelukkig, gassen zijn oppervlakkig. Voorzie ze van een aantrekkelijk binnenoppervlak, en ze zullen zichzelf binnen de kortste keren vastpinnen. Nee, het is geen liefde op het eerste gezicht, het is adsorptie.

"Adsorptie is het proces waarbij gas zich vastzet op het oppervlak van een ander materiaal - de binnenwanden van een container, bijvoorbeeld, " zegt Chris Wilmer, assistent-professor in Pitt's Department of Chemical and Petroleum Engineering. "Wanneer adsorptie optreedt, de gasmoleculen botsen niet meer tegen elkaar, druk verminderen. Dus, door het interne oppervlak van een container te vergroten, we kunnen meer gas opslaan in minder ruimte."

Dr. Wilmer leidt het Hypothetical Materials Lab, waar hij en zijn onderzoeksgroep nieuwe manieren ontwikkelen om op te slaan, verschillend, en transportgassen. Ze publiceerden onlangs hun studie "Thermal Transport in Interpenetrated Metal-Organic Frameworks" in de American Chemistry Society Journal Chemie van materialen . Op de omslag van het nummer stond ook een afbeelding ontworpen door Kutay Sezginel, een afgestudeerde student chemische technologie in het laboratorium van Dr. Wilmer. Het beeldde intergepenetreerde metalen organische raamwerken of MOF's uit.

MOF's zijn een veelbelovende klasse van poreuze materialen, gemaakt van metalen clusters gebonden aan organische moleculen. Minder dan twee decennia geleden ontdekt, MOF's helpen gassen in toom te houden omdat hun poreuze nanostructuur een extreem groot oppervlak heeft en op maat kan worden ontworpen om bijzonder plakkerig te zijn voor bepaalde gasmoleculen. MOF's worden gebruikt voor een verscheidenheid aan functies, waaronder gasopslag, gasscheiding, voelen, en katalyse.

In de studie, de onderzoekers ontdekten dat MOF's nog meer warmte van opgesloten gassen kunnen afvoeren wanneer ze in elkaar worden geweven of 'doorgedrongen'. In feite, parallel, onderling gepenetreerde MOF's kunnen gassen ongeveer even snel afkoelen als twee MOF's afzonderlijk. Met andere woorden, gassen vinden het niet erg om dichtbij te zijn als die kwartalen MOF's zijn.

Efficiëntere gasopslag kan leiden tot nieuwe mogelijkheden in duurzame energieproductie en -gebruik. Olie blijft de geprefereerde energiebron voor de meeste transportvoertuigen, maar aardgas is goedkoper, overvloediger, en schoner alternatief. Gecomprimeerde aardgastanks zijn te zwaar en te duur om traditionele benzinetanks te vervangen, maar geadsorbeerde aardgastanks zijn zowel licht als goedkoop. Een MOF-tank kan dezelfde hoeveelheid brandstof opslaan als typische gastanks, maar met een kwart van de druk. Dat is slechts één mogelijke toepassing.

"Medische zuurstoftanks, opslag van gevaarlijke gassen uit de halfgeleiderproductie, en technologieën die gericht zijn op het vastleggen, verschillend, en koolstof uit de lucht opslaan, kunnen allemaal profiteren van MOF's, " zegt Dr. Wilmer. "Wij geloven dat MOF's dezelfde potentiële impact hebben op de 21e eeuw als kunststoffen in de 20e."