Wat is de overeenkomst tussen een technologie voor het opslaan van energie in een zonnecel en die voor waterzuivering? Ze vertrouwen allebei op het gebruik van poreuze materialen, of meer specifiek, 'nanoporeuze' materialen die gasmoleculen kunnen opsluiten in nauwe ruimtes op hun oppervlak, genaamd poriën, die slechts nanometers (een miljardste van een meter) groot zijn. In het spraakgebruik van scheikunde, het fenomeen staat bekend als adsorptie en heeft een belangrijke rol gespeeld bij de synthese van poreuze materialen van verschillende samenstellingen, poriegroottes, en zelfs poriegeometrieën.

traditioneel, actieve kool (AC, of een poreuze vorm van koolstof) is een populair adsorbens voor praktische toepassingen vanwege het hogere adsorptievermogen dan dat van andere poreuze materialen. De laatste tijd, echter, poreus boornitride (p-BN) is naar voren gekomen als een veelbelovend alternatief vanwege zijn indrukwekkende prestaties, zoals benadrukt door een recente studie waarin wordt beweerd dat p-BN een relatief grote hoeveelheid koolstofdioxide bij kamertemperatuur kan adsorberen.

Nutsvoorzieningen, een groep wetenschappers van de Okayama University en de Nagasaki University, Japan, heeft deze bewering op de proef gesteld in hun laatste onderzoek, waar ze de adsorberende eigenschappen van p-BN in detail onderzochten. "Een BN-eenheid en twee koolstofatomen (d.w.z. CC) hebben beide hetzelfde aantal elektronen en vergelijkbare structuren, maar hun interactie met gasmoleculen is anders vanwege de atomair heterogene aard van BN. Ondanks dit, er is heel weinig onderzoek gedaan naar BN-materialen. In onze studie, we wilden zien of BN specifieke adsorptie-eigenschappen heeft die niet kunnen worden waargenomen in koolstofmaterialen, " legt Dr. Takahiro Ohkubo van de Okayama University uit, wie leidde deze studie gepubliceerd in het tijdschrift RSC-vooruitgang .

Beginnen met, de wetenschappers synthetiseerden p-BN-monsters bij hoge temperatuur in aanwezigheid van stikstof en onderzochten hun structuur met behulp van röntgendiffractie, infrarood (IR) spectra-analyse, en hoge resolutie elektronenmicroscopie. De monsters verschilden alleen van elkaar met betrekking tot de temperaturen waarbij ze werden gesynthetiseerd. Terwijl röntgendiffractiegegevens en IR een amorfe fase (bij gebrek aan goed gedefinieerde structuur) BN met hexagonale fase BN (h-BN) microkristallen voor alle monsters onthulden, degene die is behandeld bij 1673 K (1400°C), genaamd p-BN-1673, toonde de meest geordende structuur. Na het onder de elektronenmicroscoop te hebben onderzocht, de wetenschappers ontdekten dat dit monster was samengesteld uit gestapelde lagen gebogen vellen met daartussen poriën van nanometergrootte.

De wetenschappers keken vervolgens naar thermogravimetrische krommen van de monsters om hun stabiliteit tegen oxidatie te schatten en ontdekten dat dit direct verband hield met de synthesetemperatuur, met hogere temperaturen die een hogere stabiliteit met zich meebrengen. Bovendien, enkele extra soorten koolstof en zuurstof werden geïntroduceerd in het h-BN-kristalraamwerk, vooral in p-BN-1473, waardoor chemisch actieve plaatsen voor stikstofadsorptie ontstaan. Hoewel deze soorten gewoonlijk de oxidatiestabiliteit verminderen, de kristalliniteit van h-BN hielp het onder normale omstandigheden tot 973 K te behouden - een eigenschap die niet aanwezig is in op koolstof gebaseerde adsorbentia.

Eindelijk, bij het vergelijken van het gasadsorptievermogen van p-BN en AC met stikstof en argon als adsorbaten, wetenschappers observeerden dat p-BN-poriën stikstof sterker adsorbeerden dan argon en in relatief veel grotere hoeveelheden (~ 150%-200%) dan AC. Ze schreven deze waarneming toe aan een extra fysieke interactie tussen stikstof- en p-BN-poriën die afwezig was voor argon, en het creëren van adsorptieplaatsen in p-BN door de geïmpregneerde koolstof- en zuurstofspecies.

Met deze resultaten, de Dr. Ohkubo en het team hebben vertrouwen in de opkomst van p-BN als een adsorberend materiaal van de volgende generatie. "Gezien de superieure oxidatiestabiliteit en de aard van de adsorptie, we kijken uit naar de toepassingen van poreus BN als nieuw adsorbens en katalysatordragermateriaal, vooral in gevallen waar het gebruik van koolstofadsorberende middelen niet haalbaar is, " zegt Dr. Ohkubo.

Het lijkt erop dat carbon op nog een ander front uit de mode raakt.