Para separar las moléculas de dióxido de carbono de las mezclas de gases se necesitan materiales con poros extremadamente finos. Investigadores de la Universidad Friedrich Schiller de Jena, en colaboración con la Universidad de Leipzig y la Universidad de Viena, han encontrado una forma novedosa de hacerlo.
Transformaron compuestos cristalinos de estructura organometálica en vidrio. De este modo, consiguieron reducir el tamaño de los poros del material hasta el punto de que se vuelve impermeable a determinadas moléculas de gas. Han informado de sus hallazgos en la revista Nature Materials. .
"En realidad, estos materiales similares al vidrio se consideraban hasta ahora no porosos", explica el Dr. Alexander Knebel del Instituto Otto Schott de la Universidad de Jena, quien dirigió este trabajo. "El material de partida, es decir, los compuestos estructurales cristalinos, tienen poros muy claramente definidos y también una gran superficie interna. Por eso, también se investigan como materiales para almacenar o separar gases. Sin embargo, esta estructura definida se pierde durante la fusión y la compresión. Y eso lo aprovechamos."
"Los compuestos estructurales organometálicos están formados por iones metálicos unidos entre sí mediante moléculas orgánicas rígidas", afirma el líder del grupo de investigación junior. "En los espacios de estas rejillas tridimensionales y regulares, las moléculas de gas pueden moverse fácilmente. Durante el procesamiento del vidrio, comprimimos el material. En pocas palabras, pudimos comprimir los poros hasta alcanzar el tamaño deseado".
Aunque la estructura general del cristal desaparece durante la fusión, algunas partes del cristal conservan su estructura. "Técnicamente, esto significa que durante la transición del cristal al vidrio se pierde el orden de largo alcance del material, pero se conserva el orden de corto alcance", explica Knebel.
Oksana Smirnova, estudiante de doctorado de la Universidad de Jena y autora principal del trabajo, añade:"Cuando fundimos y comprimimos este material, los intersticios porosos también cambian". Como resultado, se crean canales con constricciones (o incluso callejones sin salida) y, en consecuencia, algunos gases simplemente ya no pasan.
De esta manera, el grupo logró diámetros de poro de 0,27 a 0,32 nanómetros en el material, con una precisión de una centésima de nanómetro. "A modo de ejemplo:esto es aproximadamente 10.000 veces más delgado que un cabello humano y 100 veces más delgado que una doble hélice de ADN. Con este tamaño de poro pudimos separar, por ejemplo, el dióxido de carbono del etano", explica Knebel. "Nuestro gran avance en este campo es probablemente la alta calidad de las gafas y el ajuste preciso de los canales de los poros. Además, nuestras gafas miden varios centímetros."
"Uno de los objetivos de este trabajo es desarrollar una membrana de vidrio para aplicaciones medioambientales. Porque separar el dióxido de carbono de los gases es sin duda uno de los grandes retos tecnológicos de nuestro tiempo", afirma Knebel. "Por eso también estoy agradecido... por el excelente compromiso de mi estudiante de doctorado Oksana Smirnova, quien contribuyó significativamente al éxito de este trabajo."
Más información: Oksana Smirnova et al, Control preciso de los canales de transporte de gas en vidrios con estructura de imidazolato zeolítico, Nature Materials (2023). DOI:10.1038/s41563-023-01738-3
Información de la revista: Materiales naturales
Proporcionado por la Universidad Friedrich Schiller de Jena
