Onderzoekers van de Universiteit van Kyoto hebben een temperatuurregelbare, materiaal op koperbasis voor het zeven of opslaan van gassen. Het principe dat wordt gebruikt om het materiaal te ontwerpen, beschreven in het journaal Wetenschap , zou kunnen dienen als blauwdruk voor de ontwikkeling van nanoporeuze materialen met een grote verscheidenheid aan energie, medische en milieutoepassingen.

De poreuze nanomaterialen die momenteel worden gebruikt voor gasscheiding en opslag zijn niet afstembaar omdat hun poriën hardnekkig en star zijn. Susumu Kitagawa, Nobuhiko Hosono, en hun collega's van het Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) van de Universiteit van Kyoto wilden een manier vinden om de poriegrootte in dit soort materiaal dynamisch te veranderen.

Ze ontwierpen een poreus coördinatiepolymeer dat werd gevormd uit koperatomen verbonden door vlindervormige liganden gemaakt van isoftaalzuur en fenothiazine-5, 5-dioxide. Het resulterende materiaal bestond uit kleine nanokooien, elk met acht uitstekende kanalen. Bij zeer lage temperaturen, de kanalen die de nanokooien verbinden waren zo smal dat ze effectief waren gesloten. Naarmate de temperatuur toenam, de kanalen geleidelijk verbreed, waardoor gasmoleculen tussen de kooien kunnen bewegen.

Het team ontdekte dat een gas kan bewegen of opgesloten kan raken in het materiaal, afhankelijk van de grootte van de gasmoleculen en hoe breed de kanalen van het materiaal waren bij een bepaalde temperatuur. Ze ontdekten ook dat het materiaal een gas adsorbeerde bij hoge temperaturen en het vasthield wanneer omgevingstemperaturen werden toegepast, het gas effectief op te slaan.

Verder, toen de onderzoekers gasmengsels op het materiaal aanbrachten, ze ontdekten dat ze de gassen konden scheiden op basis van de toegepaste temperatuur. Bijvoorbeeld, het materiaal adsorbeerde selectief zuurstof wanneer een gasmengsel van gelijke concentraties zuurstof en argon gedurende één uur werd toegepast bij een temperatuur van -93°C en een druk van één bar. Het materiaal adsorbeerde selectief zuurstof, zelfs wanneer de argonconcentratie in het mengsel significant hoger was dan die van de zuurstof.

"Het gepresenteerde poreuze systeem dat gebruik maakt van een robuust raamwerk met thermisch actieve moleculaire functionaliteit, realiseert temperatuurgereguleerde gasadsorptie/desorptie door ontwerp, waarbij lokale flexibiliteit bij de opening een centrale rol speelt, ’ concluderen de onderzoekers.