Bediening, opslaan, en het vervoer van ammoniak vereist kostbare apparatuur en speciale voorzorgsmaatregelen vanwege de inherente corrosiviteit en toxiciteit. Wetenschappers in Manchester, VK, hebben ontdekt dat een metaal-organisch raamwerk, MFM-300 (Al), een poreuze vaste stof, filtert niet alleen effectief schadelijk stikstofdioxidegas, maar het heeft ook uitstekende mogelijkheden voor de opslag van ammoniak. Zoals beschreven in het journaal Angewandte Chemie , omkeerbare opname en afgifte van ammoniak verloopt via een unieke sorptiemodus.

Ammoniak is een essentiële stikstofbron voor planten en het is een chemische basisstof. Deze onmisbare chemische die op grote schaal wordt vervaardigd uit atmosferische stikstof en waterstof, is "brood uit de lucht" genoemd. Maar hoe moet deze bron worden opgeslagen en behandeld? De gasvormige of vloeibare vorm is bijtend en giftig. Opslaan en verzenden onder druk of bij lage temperaturen is kostbaar en energieverslindend. Adsorptie in poreuze vaste stoffen, zoals zeolieten of metaal-organische raamwerken - een strategie die momenteel uitgebreid wordt getest in waterstofopslag - zou een interessante optie kunnen zijn.

Van het robuuste metaal-organische raamwerk MFM-300(Al) is aangetoond dat het een krachtig filter is voor stikstofdioxide, wat een schadelijke verontreinigende stof in de lucht is. Martin Schröder en zijn collega's aan de Universiteit van Manchester, VK, hebben nu MFM-300(Al) onderzocht op zijn vermogen om ammoniak op te nemen. Ze ontdekten dat het gasvormige ammoniak kon opnemen tot een dichtheid die onder omgevingsomstandigheden dicht in de buurt komt van die van vloeibare ammoniak. Bij ongeveer nul graden Celsius overtrof het deze dichtheid zelfs.

MFM-300(Al) bestaat uit aluminiumhydroxide-eenheden en organische bifenyltetracarbonzuurliganden die de aluminiumplaatsen overbruggen om een ​​stijf "wijnrek"-raamwerk te vormen, zoals de auteurs het noemden. In plaats van wijnflessen, gasmoleculen liggen in de nanokanalen en poriën.

Als basis, ammoniak bindt aan zure centra. De auteurs identificeerden drie verschillende bindingsmodi op basis van elektrostatische interacties. In totaal, vier ammoniakmoleculen geassocieerd met één aluminiumcentrum, en een vierkante "wijnrek" leegte, kan worden gevuld met maximaal 16 gasmoleculen. De wetenschappers bepaalden de bindingsmodi door neutronenpoederdiffractie en verfijning - een techniek die de structurele details kan oplossen met atomaire resolutie.

De auteurs ontdekten dat de pakking van de ammoniakmoleculen bijna net zo dicht was als in een vloeistof, en adsorptie was omkeerbaar. Het vullen en vrijgeven van de poriën tot 50 keer was mogelijk zonder enig capaciteitsverlies of verslechtering van het raamwerk, ze zeiden.

En er is een unieke sorptiemodus. Met behulp van labelexperimenten waarbij de waterstof in ammoniak werd vervangen door deuterium, de wetenschappers ontdekten een snelle uitwisseling van deuterium met waterstof uit de poriënwanden. Dit suggereert dat de sorptiemodus geen pure fysisorptie kan zijn die uitsluitend is gebaseerd op elektrostatische interacties. Echter, chemisorptie was ook niet verantwoordelijk, omdat er geen adsorberende bindingen waren gevormd op het grensvlak. "Aanzienlijk, de adsorptie van gedeutereerde ammoniak in MFM-300(Al) onthulde een nieuw type adsorptie, " merkten de auteurs op. Snelle site-uitwisseling zou een van de redenen kunnen zijn voor een effectieve opname van ammoniak.

Dit werk toont aan dat het metaal-organische raamwerk geschikt is voor de opslag en behandeling van ammoniak bij dichtheden die dicht bij die van het vloeibaar gemaakte en onder druk staande gas liggen. ammoniak, "brood uit de lucht", kon inderdaad de consistentie van brood bereiken.