Dirigido por la Universidad de Manchester, un equipo internacional de científicos ha desarrollado un material de estructura organometálica MOF que exhibe una capacidad selectiva, totalmente reversible y repetible para eliminar el gas de dióxido de nitrógeno de la atmósfera en condiciones ambientales. Este descubrimiento,confirmado por investigadores que utilizan la dispersión de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía, podría conducir a tecnologías de filtración de aire que capturan y convierten de manera rentable grandes cantidades de gases específicos, incluido el dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero, para facilitar su secuestro a largo plazopara ayudar a mitigar la contaminación del aire y el calentamiento global.
como se informa en Materiales de la naturaleza , el material denotado como MFM-300 Al exhibió la primera captura selectiva reversible de dióxido de nitrógeno a presiones y temperaturas ambientales, a bajas concentraciones, en presencia de humedad, dióxido de azufre y dióxido de carbono. A pesar de la altaLa naturaleza reactiva del dióxido de nitrógeno, el material MFM-300 Al demostró ser extremadamente robusto, demostrando la capacidad de ser completamente regenerado o desgasificado, varias veces sin pérdida de cristalinidad o porosidad.
"Este material es el primer ejemplo de un marco organometálico que exhibe una capacidad altamente selectiva y totalmente reversible para la separación repetida de dióxido de nitrógeno del aire, incluso en presencia de agua", dijo Sihai Yang, uno de los líderes del estudioautores y profesor de química inorgánica en la Facultad de Química de Manchester.
El profesor Martin Schröder, otro autor principal de Manchester Chemistry, comentó: "Otros estudios de diferentes materiales porosos a menudo encontraron que el rendimiento fue degradado en ciclos posteriores por el dióxido de nitrógeno, o que el proceso de regeneración era demasiado difícil y costoso".
Como parte de la investigación, los científicos utilizaron técnicas de dispersión de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía para confirmar y caracterizar con precisión cómo MFM-300 Al captura las moléculas de dióxido de nitrógeno.
"Los neutrones pueden penetrar fácilmente en materiales densos y son sensibles a elementos más ligeros, como los átomos de hidrógeno dentro del MFM, lo que nos permitió observar cómo las moléculas de dióxido de nitrógeno están confinadas dentro de los poros de tamaño nanométrico", dijo Timmy Ramirez-Cuesta, coautor y coordinador de la iniciativa de química y catálisis en la Dirección de Ciencias de Neutrones de ORNL. "Nos beneficiamos de la extremadamente alta sensibilidad y datos cuantitativos proporcionados por el instrumento de espectroscopía vibratoria VISION en la línea de haz 16-B de ORNL en la fuente de neutrones de espalación,que usa neutrones en lugar de fotones para sondear vibraciones moleculares "
La capacidad de observar directamente cómo y dónde MFM-300 Al atrapa el dióxido de nitrógeno está ayudando a los investigadores a validar un modelo de computadora del proceso de separación de gases MOF, que podría ayudar a identificar cómo producir y adaptar otros materiales para capturar una variedad dediferentes gases
"El modelado y la simulación por computadora desempeñaron papeles críticos en la interpretación de los datos de dispersión de neutrones al ayudarnos a conectar los cambios sutiles en los espectros vibratorios con las interacciones entre el MFM-300 y las moléculas atrapadas", dijo Yongqiang Cheng, científico y co-dispersor de neutrones ORNLautor: "Nuestro objetivo es integrar el modelo con técnicas experimentales para entregar resultados que de otro modo serían difíciles de lograr".
Capturar gases de efecto invernadero y tóxicos de la atmósfera ha sido durante mucho tiempo un desafío, debido a sus concentraciones relativamente bajas y la presencia de humedad en el aire, lo que puede afectar negativamente la separación de las moléculas de gas objetivo de otros gases. Otro desafío ha sido encontrar una prácticaforma de liberar un gas capturado para su secuestro a largo plazo, como en yacimientos subterráneos agotados de petróleo o formaciones rocosas llenas de solución salina. Los MOF ofrecen soluciones a muchos de estos desafíos, por lo que son objeto de investigaciones científicas recientes.
El equipo de investigación involucró a científicos de instituciones en cinco naciones, incluidas la Universidad de Nottingham, la Universidad de Newcastle upon Tyne, la Universidad de Nottingham Ningbo China, la Universidad de Pekín, el Centro Internacional de Tomografía SB RAS, la Universidad Estatal de Novosibirsk y la Radiación Sincrotrón EuropeaInstalación en Grenoble.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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