Het woord "defect" roept universeel een aantal negatieve, ongewenste eigenschap, maar onderzoekers van het Energy Safety Research Institute (ESRI) van de Swansea University hebben een andere mening:op het gebied van nanoporeuze materialen, gebreken goed kunnen worden gebruikt, als men ze weet te temmen.

Metalen organische kaders

Een team onder leiding van Dr. Marco Taddei, Marie Sklodowska-Curie Actions Fellow aan de Universiteit van Swansea, onderzoekt hoe de eigenschappen van metaal-organische raamwerken, een klasse van materialen die lijkt op microscopisch kleine sponzen, kunnen worden aangepast door gebruik te maken van hun gebreken om ze beter te maken in het vastleggen van CO2.

Dr. Taddei zei:"Metaal-organische raamwerken, of MOF's, zijn buitengewoon interessante materialen omdat ze vol lege ruimte zijn die kan worden gebruikt om gassen op te vangen en vast te houden. In aanvulling, hun structuur kan op atomair niveau worden gemanipuleerd om ze selectief te maken voor bepaalde gassen, in ons geval CO2."

"MOF's met het element zirkonium zijn speciaal, in die zin dat ze het verlies van veel verbindingen kunnen weerstaan ​​zonder te bezwijken. Wij zien deze gebreken als een mooie kans om te spelen met de eigenschappen van het materiaal."

De onderzoekers gingen verder met het onderzoeken hoe defecten deelnemen aan een proces dat bekend staat als "post-synthetische uitwisseling", een procedure in twee stappen waarbij een MOF in eerste instantie wordt gesynthetiseerd en vervolgens wordt gewijzigd door uitwisseling van enkele componenten van zijn structuur. Ze bestudeerden het fenomeen in realtime met behulp van nucleaire magnetische resonantie, een veelgebruikte karakteriseringstechniek in de chemie. Hierdoor konden ze de rol van defecten tijdens het proces begrijpen.

De nieuwe studie verschijnt in het internationale tijdschrift met grote impact Angewandte Chemie .

"We ontdekten dat defecten zeer reactieve plaatsen zijn binnen de structuur van de MOF, en dat hun modificatie de eigenschap van het materiaal op een unieke manier beïnvloedt." zei Dr. Taddei "Het feit dat we dit hebben gedaan door uitgebreid gebruik te maken van een techniek die gemakkelijk toegankelijk is voor elke chemicus over de hele wereld, is naar mijn mening een van de hoogtepunten van dit werk."

ESRI-onderzoek

ESRI-directeur, Professor Andrew Barron is co-auteur van het werk, zei:"In ESRI, onze onderzoeksinspanningen zijn gericht op het maken van een impact op de manier waarop we energie produceren, het schoon maken, veilig en betaalbaar. Echter, we zijn ons er terdege van bewust dat vooruitgang in toegepast onderzoek alleen mogelijk is door een diep begrip van de grondbeginselen. Dit werk gaat precies in die richting."

De studie is een proof of concept, maar deze bevindingen leggen de basis voor toekomstig werk, gefinancierd door de Engineering and Physical Sciences Research Council. De onderzoekers willen leren hoe ze defecte structuren chemisch kunnen manipuleren om nieuwe materialen te ontwikkelen met verbeterde prestaties voor het afvangen van CO2 uit de afgassen van staalfabrieken, in samenwerking met Tata Steel en University College Cork.

"Het verminderen van de CO2-uitstoot afkomstig van energieproductie en industriële processen is absoluut noodzakelijk om ernstige gevolgen voor het klimaat te voorkomen, " zegt co-auteur Dr. Enrico Andreoli, Senior Lecturer aan de Swansea University en leider van de CO2-afvang- en -gebruiksgroep binnen ESRI, "De inspanningen in onze groep zijn gericht op de ontwikkeling van zowel nieuwe materialen om CO2 efficiënt af te vangen als handige processen om deze CO2 om te zetten in waardevolle producten."

Dokter Taddei, Professor Barron en Dr Andreoli zijn de organisatoren van de 1st European Workshop on Metal Phosphonates Chemistry, die op 19 september 2018 in ESRI zal worden gehouden.