Metaal-organische raamwerken (MOF's) behoren tegenwoordig tot de meest bruikbare en veelzijdige materialen, blijk geven van structurele veelzijdigheid, hoge porositeit, en fascinerende optische en elektronische eigenschappen. Deze eigenschappen maken hen veelbelovende kandidaten voor een verscheidenheid aan toepassingen, inclusief gasafvang en -scheiding, sensoren en fotokatalysatoren.

Omdat MOF's zo veelzijdig zijn in zowel hun structurele ontwerp als hun bruikbaarheid, materiaalwetenschappers testen ze momenteel in een aantal chemische toepassingen. Een daarvan is fotokatalyse, een proces waarbij een lichtgevoelig materiaal wordt geëxciteerd met licht. De geabsorbeerde overtollige energie ontwricht elektronen uit hun atomaire banen, "elektrongaten" achterlatend. Het genereren van dergelijke elektron-gatparen is een cruciaal proces in elk lichtafhankelijk energieproces, en in dit geval hierdoor kan de MOF een verscheidenheid aan chemische reacties beïnvloeden.

Een team van wetenschappers van EPFL Sion onder leiding van Kyriakos Stylianou van het Laboratory of Molecular Simulation heeft nu een MOF-gebaseerd systeem ontwikkeld dat niet één, maar twee soorten fotokatalyse tegelijk:de productie van waterstof en het verwijderen van verontreinigende stoffen uit water. Het materiaal bevat goedkope, overvloedig nikkelfosfide (Ni2P), en bleek efficiënte fotokatalyse uit te voeren onder zichtbaar licht.

Het eerste type fotokatalyse, waterstofproductie, omvat een reactie die 'watersplitsing' wordt genoemd. Zoals de naam al doet vermoeden, de reactie verdeelt watermoleculen in hun bestanddelen waterstof en zuurstof. Een van de grotere toepassingen hier is om de waterstof te gebruiken voor brandstofcellen, die energievoorzieningsapparaten zijn die tegenwoordig in verschillende technologieën worden gebruikt, inclusief satellieten en spaceshuttles.

Het tweede type fotokatalyse wordt aangeduid als "afbraak van organische verontreinigende stoffen, " wat verwijst naar processen die verontreinigende stoffen in water afbreken. De wetenschappers onderzochten dit innovatieve op MOF gebaseerde fotokatalytische systeem naar de afbraak van de giftige kleurstof rhodamine B, vaak gebruikt om organische verontreinigende stoffen te simuleren.

De wetenschappers voerden beide tests achter elkaar uit, waaruit blijkt dat het op MOF gebaseerde fotokatalytische systeem in staat was om de fotokatalytische generatie van waterstof te integreren met de afbraak van rhodamine B in een enkel proces. Dit betekent dat het nu mogelijk is om dit fotokatalytische systeem te gebruiken om zowel verontreinigende stoffen uit water te verwijderen als terwijl tegelijkertijd waterstof wordt geproduceerd dat als brandstof kan worden gebruikt.

"Dit edelmetaalvrije fotokatalytische systeem brengt het gebied van fotokatalyse een stap dichter bij praktische 'zonnegestuurde' toepassingen en toont het grote potentieel van MOF's op dit gebied, " zegt Kyriakos Stylianou.