Dirigido por la Universidad de Manchester, Un equipo internacional de científicos ha desarrollado un material de estructura organometálico (MOF) que exhibe un selectivo, Capacidad totalmente reversible y repetible para eliminar 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 de Oak Ridge del Departamento de Energía, podría conducir a tecnologías de filtración de aire que capturen y conviertan 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 plazo para ayudar a mitigar la contaminación del aire y el calentamiento global.

Como se informó en Materiales de la naturaleza , el material denotado como MFM-300 (Al) exhibió el primer reversible, captura selectiva 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 naturaleza altamente reactiva del dióxido de nitrógeno, el material MFM-300 (Al) demostró ser extremadamente robusto, demostrar la capacidad de regenerarse por completo, o desgasificado, varias veces sin pérdida de cristalinidad o porosidad.

"Este material es el primer ejemplo de una estructura organometálica que exhibe una capacidad altamente selectiva y completamente reversible para la separación repetida del dióxido de nitrógeno del aire, incluso en presencia de agua, "dijo Sihai Yang, uno de los autores principales del estudio y profesor de química inorgánica en la Escuela de Química de Manchester.

Profesor Martin Schröder, otro autor principal de Manchester Chemistry, comentó, "Otros estudios de diferentes materiales porosos a menudo encontraron que el rendimiento se degradaba 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 de Oak Ridge del Departamento de Energía para confirmar y caracterizar con precisión cómo el MFM-300 (Al) captura las moléculas de dióxido de nitrógeno.

"Los neutrones pueden penetrar fácilmente 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 Neutrónicas de ORNL. "Nos beneficiamos de la sensibilidad extremadamente alta y los datos cuantitativos proporcionados por el instrumento de espectroscopía vibratoria VISION en la línea de luz 16-B de ORNL en la fuente de neutrones de espalación, que utiliza neutrones en lugar de fotones para sondear las 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 informático del proceso de separación de gases MOF. lo que podría ayudar a identificar cómo producir y adaptar otros materiales para capturar una variedad de gases diferentes.

"El modelado y la simulación por computadora desempeñaron un papel fundamental en la interpretación de los datos de dispersión de neutrones al ayudarnos a conectar los cambios sutiles en los espectros vibracionales con las interacciones entre el MFM-300 y las moléculas atrapadas, "dijo Yongqiang Cheng, un científico y coautor de la dispersión de neutrones ORNL. "Nuestro objetivo es integrar el modelo con técnicas experimentales para ofrecer resultados que de otro modo serían difíciles de lograr".

La captura de gases de efecto invernadero y tóxicos de la atmósfera ha sido un desafío durante mucho tiempo, debido a sus concentraciones relativamente bajas y a 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 forma práctica de liberar un gas capturado para su secuestro a largo plazo, como en depósitos subterráneos de petróleo empobrecidos o formaciones rocosas llenas de solución salina. Los MOF ofrecen soluciones a muchos de estos desafíos, por eso son objeto de investigaciones científicas recientes.

El equipo de investigación involucró a científicos de instituciones de cinco países, incluida la Universidad de Nottingham, Universidad de Newcastle upon Tyne, Universidad de Nottingham Ningbo China, Universidad de Peking, el Centro Internacional de Tomografía SB RAS, Universidad Estatal de Novosibirsk, y la instalación europea de radiación sincrotrón en Grenoble.

Coautores adicionales del artículo, titulado "Adsorción reversible de dióxido de nitrógeno dentro de un marco metalorgánico poroso robusto, "incluye a Xue Han, Harry G.W. Godfrey, Lydia Briggs, Andrew J. Davies, Luke L. Daemen, Alena M. Sheveleva, Atún Floriana, Eric J. L. McInnes, Sol de Junliang, Christina Drathen, Michael W. George, y K. Mark Thomas.