Onderzoekers van de Universiteit van Liverpool en de King Abdullah University of Science and Technology hebben enkele opwindende bevindingen gerapporteerd met betrekking tot metaal-organische raamwerken (MOF's), een klasse van poreuze materialen, die een breed scala aan belangrijke gasscheidingsprocessen ten goede kunnen komen.

De bevindingen worden gerapporteerd in twee onderzoekspapers die deze maand zijn gepubliceerd.

Metaal-organische raamwerken (MOF's) zijn een relatief nieuwe klasse van poreuze, kristallijne materialen met een breed scala aan toepassingen.

Sommige MOF's kunnen fungeren als een moleculaire zeef, één type gasmolecuul uit een mengsel doorlaten terwijl het de andere blokkeert. Bijvoorbeeld, het is bekend dat sommige MOF's propyleen scheiden van propaan, een belangrijk proces bij de vervaardiging van polypropyleenkunststoffen waarvoor zeer zuiver propyleen vereist is.

In een eerste paper gepubliceerd in Natuurcommunicatie , onderzoekers tonen aan dat, in tegenstelling tot een keukenzeef, deze driedimensionale moleculaire zeven kunnen hun porievorm veranderen en hun flexibiliteit is essentieel voor deze prestatie.

De computationele modellering ondersteund door experimentele röntgengegevens geeft aan dat voor zo'n goed presterende MOF, genaamd KAUST-7, de structurele veranderingen in de MOF veroorzaakt door de aanwezigheid van de propyleen- en propaangasmoleculen zijn kwalitatief verschillend en resulteren in sterkere adsorptie en sneller transport van propyleen, waardoor propaanmoleculen in wezen worden uitgezeefd.

Echter, het is moeilijk te voorspellen welke andere soorten MOF's deze functionele flexibiliteit bezitten en daarom ook goed kunnen zijn voor een bepaalde gasscheiding, omdat de prestatie wordt gecontroleerd door specifieke moleculaire interacties die moeilijk te anticiperen of experimenteel te identificeren zijn.

In een tweede paper gepubliceerd in Fysische chemie Chemische fysica , onderzoekers richten zich op deze uitdaging.

Ze ontwikkelden een computationele screeningsaanpak om meer dan vierduizend eerder gerapporteerde MOF's te beoordelen op hun flexibiliteit wanneer ze werken als een moleculaire zeef. Met behulp van deze aanpak, ze identificeerden de top vier MOF's die het potentieel aantonen om propyleen van propaan te scheiden - van twee van hen is al bekend dat ze goede prestaties leveren, terwijl de andere twee nog niet experimenteel voor deze toepassing zijn getest.

Dr. Matthew Dyer, een docent scheikunde en onderdeel van het Leverhulme Research Center for Functional Materials Design van de universiteit, zei:"MOF's hebben de afgelopen jaren veel belangstelling gewekt en er zijn grote verwachtingen van technische toepassingen, vooral voor flexibele MOF's.

"Ons onderzoek draagt ​​bij aan onze kennis van MOF's, waarom sommige als zeven kunnen fungeren en welke flexibel zijn.

"Met behulp van een computationele benadering, we zijn in staat flexibele MOF's te identificeren en deze bevindingen hebben het potentieel om het proces van het zuiveren van gassen energie-efficiënter te maken. Dit is belangrijk voor de vervaardiging van hoogwaardige kunststoffen die zuivere uitgangsverbindingen nodig hebben die gewoonlijk worden gewonnen uit gasvormige bijproducten in de petrochemische verwerking. "

"Zulke screeningsbenaderingen met een hoge doorvoer kunnen worden toegepast op veel verschillende materialen met verschillende potentiële toepassingen. Ze hebben het potentieel om de manier waarop we materialen vinden te veranderen om technologische uitdagingen aan te gaan."

Het Leverhulme Centre for Research Centre for Functional Materials Design is een interdisciplinair onderzoekscentrum dat een revolutie wil ontketenen in het ontwerp van nieuwe materialen. Het brengt chemische kennis samen met state-of-the-art computerwetenschap om een ​​nieuwe benadering te ontwikkelen voor het ontwerp van functionele materialen op atomaire schaal.

Het artikel "Differentiële gastlocatie door gastheerdynamiek verbetert propyleen-propaanscheiding in een metaal-organisch raamwerk" is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Het artikel "High-Throughput Screening of Metal-Organic Frameworks for Kinetic Separation of Propane and Propene" is gepubliceerd Fysische chemie Chemische fysica .