金属有機フレームワークは、窒素酸化物から空気を浄化するために適合されました

ビデオ: 金属有機フレームワークは、窒素酸化物から空気を浄化するために適合されました

Отличия серверных жестких дисков от десктопных
ビデオ: 半導体が不足する「本当の理由」はこれが原因! 2023, 1月
金属有機フレームワークは、窒素酸化物から空気を浄化するために適合されました
金属有機フレームワークは、窒素酸化物から空気を浄化するために適合されました
Anonim
Image
Image

化学者は、アルミニウムベースの有機金属足場を使用して、ガス混合物からの一酸化窒素(IV)を効率的に可逆的に結合できることを発見しました。これらの化合物の細孔の形状と化学構造により、NO2は吸着中にクラスター鎖を形成し、材料の劣化を防ぎます。そして、室温と圧力で空気から一酸化窒素を選択的に捕捉することで、これらの有機金属フレームワークは、ゼオライト、酸化物材料、多孔質炭素材料と比較して、より効率的な材料になります、と科学者はネイチャーマテリアルズに書いています。

金属有機フレームワーク構造は、有機配位子を使用して金属イオンが結合した多孔質結晶材料です。このようなハイブリッド材料の内部には、ナノサイズの細孔が形成されており、これらの足場の構造はゼオライトと類似しています。それらの可能な用途の面積は、それらの大きな比表面積によっても決定されます。まず第一に、これらはガスの吸着と貯蔵と触媒作用です。

マンチェスター大学のマーティン・シュレーダーが率いる英国、米国、ロシア、中国、フランスの化学者のグループがこれらの材料の1つを使用することを提案したのは、ガスの選択的吸着のためでした。彼らの研究で、科学者たちは、アルミニウムイオンを含むMFM-300金属有機足場が一酸化窒素(IV)の選択的吸着に非常に適していることを発見しました。技術プロセスの結果として形成され、大気を汚染するガスの1つであるNO2の選択的捕捉の主な問題は、その反応性の増加です。そのため、NO2がその上にある多孔質材料の劣化にかなり迅速につながります。吸着されます。この場合、科学者は、有機金属フレームワークの細孔のサイズと化学構造が正しく選択されているため、この問題を回避することができました。

化学者は、一酸化窒素が2つのNO2分子とこの分子の2つの二量体(N2O4)からなる複雑な分子クラスターの形でMFM-300の細孔に吸着されることを発見しました。このような構造は非常に安定しており、吸着後、材料内部の特性は外部条件(圧力と温度)に依存しなくなります。

Image
Image

2つのNO2分子と2つのN2O4二量体が吸着されている有機金属フレームワークの1つのセルの化学構造。青は窒素、赤は酸素、緑はアルミニウム、灰色は炭素、白は水素です

科学者たちは、提案された資料にはいくつかの利点があることに注意しています。まず、ガストラッピングは完全に可逆的です。第二に、フレーム構造は一度にかなりの量のガスを吸収することができます-材料のグラムあたり最大14ミリモル。しかし、さらに重要なのは、そのような有機金属フレームワークが、すべての主要な大気ガス(窒素、酸素、二酸化炭素、水素、硫黄酸化物、一酸化炭素、アルゴン)を含むガス混合物から窒素酸化物を選択的にトラップできることです。それ自体は非常に少量(最大1ppm)で見つけることができます。この場合、NO2の反応性が高いにもかかわらず、吸着プロセスは、吸着-脱着の複数のサイクルの後に材料の劣化を引き起こしません。

いくつかの分光法を使用した吸着生成物の分析、および分子動力学法と密度汎関数理論を使用した数値分析は、その細孔の構造が実際にこの材料のユニークな特性につながることを示しました。一酸化窒素がこのような細孔に捕捉されると、5つの異なるタイプの相互作用が同時に関与し、ガス分子を互いに結合して単一のクラスターにし、多孔質構造の有機部分と水素結合を形成します。この相互作用の結果として、窒素酸化物クラスターの鎖がフレームワーク構造の細長い細孔内に形成され、マトリックスと化学反応を起こさず、マトリックスを破壊しません。

研究の著者によると、この有機金属フレームワークは、空気中の不純物を含むガス混合物から窒素酸化物を除去する効果的な手段としてすでに使用できます。

すべての有機金属フレームワークが、変更または何らかの方法で変換できない堅固な構造を持っているわけではないことに注意してください。たとえば、最近、科学者は、溶媒を交換すると、その構造が2次元から3次元に、またはその逆に変化するような構造を合成しました。これにより、たとえば、大きな分子を捕捉できます。

トピックによって人気があります