De strak gedefinieerde verhoudingen van metalen in MOF's maken ze tot ideale uitgangsmaterialen voor het maken van nieuwe katalysatoren.

Het verhitten van bimetallische metaalorganische raamwerken (MOF's) totdat hun poreuze structuur instort tot nanodeeltjes, kan een zeer effectieve manier zijn om katalysatoren te maken. Deze nieuwe benadering van katalysatorontwerp is nu door KAUST en Spaanse onderzoekers gebruikt om een ​​robuuste katalysator te maken die koolstofdioxide (CO ₂ ) in koolmonoxide (CO) gas met ongekende selectiviteit.

Het voordeel van deze bij KAUST gepionierde methode is dat het katalytische nanodeeltjes van gemengde metalen kan genereren die met conventionele middelen moeilijk of onmogelijk te maken zijn gebleken.

CO . vastleggen ₂ uitstoot en het katalytisch omzetten van het broeikasgas in CO, een waardevolle chemische grondstof, is een optie voor het verminderen van broeikasgassen die verband houden met klimaatverandering. Edelmetalen kunnen deze reactie katalyseren, maar ze zijn duur en de voorraden zijn beperkt, zegt Samy Ould-Chikh, een onderzoeksingenieur in KAUST.

"IJzeroxidekatalysatoren zijn een goedkoop alternatief, " zegt Ould-Chikh. "Echter, in aanwezigheid van CO, het ijzer wordt gecarboniseerd en vormt ijzercarbide, wat leidt tot de vorming van bijproducten en deactivering van de katalysator."

Het toevoegen van titanium aan de katalysatordeeltjes zou ijzeroxide tegen carbonering kunnen stabiliseren. Chemische onverenigbaarheden tussen ijzer- en titaniumprecursoren, echter, had het onmogelijk gemaakt om nanodeeltjes te synthetiseren waarin een homogeen mengsel van de twee metalen in de noodzakelijke verhouding is verwerkt. Om deze beperking te overwinnen, het team wendde zich tot MOF's, poreuze materialen gemaakt van metaalionen die met elkaar zijn verbonden door op koolstof gebaseerde linkers.

"Het gebruik van MOF's stelt ons in staat om de ijzer-titaniumverhouding op de moeder-MOF perfect te beheersen, ", zegt onderzoeksingenieur Adrian Ramirez Galilea. Verwarming ontleedt het organische deel van de MOF, de twee metalen achterlatend, homogeen gemengd in de gewenste verhouding en in nette octaëdrische nanodeeltjes die de structuur van de ouder-MOF weerspiegelen.

De nanodeeltjes zetten CO . om ₂ naar CO met 100 procent selectiviteit, zonder tekenen van deactivering na enkele dagen gebruik. "Onze eerste berekeningen suggereerden dat nanodeeltjes met dergelijke atoomverhoudingen het werk zouden moeten kunnen doen, maar de resultaten overtroffen onze oorspronkelijke verwachtingen ver, ' zegt Gascon.

Naast het blijven onderzoeken van de eigenschappen en reactiviteit van de ijzer-titanium nanokatalysator, het team onderzoekt op dezelfde manier andere metaalkatalysatorsystemen die zijn gemaakt van MOF's. "Het gebruik van MOF's opent de weg om nieuwe katalysatoren te synthetiseren die niet mogelijk waren met conventionele benaderingen, ' zegt Ramirez Galilea.

"We kijken naar verschillende metaalcombinaties voor toepassingen variërend van traditionele thermische katalyse tot foto- en fotothermische katalyse, " voegt Jorge Gascón eraan toe, die het onderzoek leidde. "Dit artikel is slechts het topje van de ijsberg."