Новости химической науки > Железные клетки для хранения газов

Исследователи из США заявляют, что железосодержащий твердый пористый материал, способный запасать водород и улавливать диоксид углерода может привести к более чистым методам получения энергии и более чистому воздуху.

Доступные ионы Fe²⁺ на поверхности металлоорганической каркасной структуры позволяют запасать водород. (Рисунок из Chem. Sci., 2010, DOI: 10.1039/c0sc00179a)

Твердые пористые вещества, известные как металлоорганические каркасные структуры [metal-organic frameworks (MOF)], как правило, характеризуются исключительно высокой площадью внутренней поверхности, что привлекает к ним интерес как к мобильным системам для обратимого поглощения водорода. Однако, при комнатной температуре MOF не могут выступать в качестве хорошего резервуара для водорода, поскольку взаимодействие между газообразным водородом и поверхностью MOF весьма слабо. Одним из методов увеличения производительности таких систем может быть организация доступа к металлокатионным центрам в структуре кристаллической решетке. Исследователи полагают, что такой подход позволит добиться лучшей адсорбции водорода.

Джеффри Лонг (Jeffrey Long) из Университета Калифорнии разработал металлоорганическую каркасную структуру с легкодоступными ионами Fe²⁺. Хотя ранее исследователи из группы Лонга уже получали подобные пористые соединения с катионами марганца и меди, было обнаружено, что ионы железа(II) лучше связывают молекулы водорода. Фактически, при комнатной температуре новая железосодержащая металлоорганическая каркасная структура связывает водород прочнее, чем другие MOF, описанные ранее, приближаясь по «водородной емкости» к рекомендациям Министерства энергетики США по водородной емкости тех систем для хранения водорода, которые уже могут применяться в двигателях «водородных автомобилей». Новая MOF также хорошо связывает диоксид углерода, что, по словам, Лонга, может использоваться для улавливания углекислого газа, возникающего при работе тепловых электростанций.

Поиск новых и оптимизация существующих условий синтеза новых металлоорганических каркасных систем обычно включает в себя систематическое изменение целого ряда параметров реакции, включая соль металла, соотношение металл-лиганд, растворитель (или состав смеи растворителей), кислотная/основная среда, температура и время реакции. Для упрощения и ускорения процесса Лонг разработал высокопроизводительный метод, позволяющий осуществлять быстрое дозирование реагентов и растворителей в реакционные сосуды, новый подход позволяет проводить в одной матрице до 96 реакций одновременно. Состав каждого образца управляется с помощью компьютерных систем, что дает возможность более точного мониторинга за реакционной смесью, что в будущем должно упростить подходы к синтезу новых MOF.

Лонг отмечает, что в его группе предложена стратегия применения автоматической техники для быстрого параллельного синтеза новых материалов для хранения водорода и улавливания диоксида углерода. В настоящее время исследователи работают над сочетанием разработанной ими технологии с системой для высокопроизводительного скрининга; такое сочетание позволит исследователям еще в большей степени ускорить разработку металлоорганических каркасных структур для различных практических целей.

Ли Браммер (Lee Brammer), специалист по MOF из Университета Шеффилда отмечает, что материалы на основе железа кажутся многообещающими как с точки зрения обратимого поглощения водорода, так и в плане сокращения выхлопов углекислого газа в промышленных процессах. Он полагает, что новый подход к получению металлоорганических каркасных структур является важным шагом вперед к созданию новых типов материалов для промышленного использования.

Источник: Chem. Sci., 2010, DOI: 10.1039/c0sc00179a

метки статьи: #неорганическая химия, #новые материалы, #органическая химия, #физическая химия, #химическая технология, #химия полимеров, #элементоорганическая химия