MOF Malzemesi ile Toksik Atmosfer Gazı Yakalanabilir
Fotoğraf : Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nda nötron saçılımı kullanılarak karakterize edilen bir MFM-300 (Al) metal-organik çerçeve malzemesinin bir nano boyutlu gözenek içine hapsedilmiş bir nitrojen dioksit molekülünün (kırmızı ve altın renk ile tasvir edilmiş) gösteirimi.
Manchester Üniversitesi tarafından yönetilen uluslararası bir bilim adamları ekibi, çevre koşullarında atmosferden azot dioksit gazı çıkarmak için seçici, tamamen tersine çevrilebilir ve tekrarlanabilir bir yetenek sergileyen bir metal-organik çerçeve malzeme (MOF) geliştirdi. Energy’s Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nda nötron saçılımını kullanan araştırmacılar tarafından teyit edilen bu keşif, hava kirliliğini ve küresel ısınmayı azaltmaya yardımcı olmak üzere uzun vadeli ayırmayı kolaylaştırmak için karbondioksit ve diğer sera gazları da dahil olmak üzere büyük miktarlarda hedefe yönelik gazları etkili bir şekilde yakalayan ve dönüştüren hava filtreleme teknolojilerine önderlik edebilir.
Nature Materials’de bildirildiği üzere, MFM-300 (Al) olarak gösterilen malzeme, nem, kükürt dioksit ve karbondioksit varlığında ortam basınçlarında ve sıcaklıklarda -düşük konsantrasyonlarda-nitrojen dioksidin ilk tersinir, seçici yakalanışını sergiledi. Nitrojen dioksidin yüksek oranda reaktif olmasına rağmen, MFM-300 (Al) materyalinin kristalleşme veya gözeneklilik kaybı olmaksızın birçok kez tamamen rejenere veya gazdan arındırma yeteneğini gösterecek şekilde son derece sağlam olduğu kanıtlanmıştır,.
Çalışmanın baş yazarlarından ve Manchester School of Chemistry’de inorganik kimya alanında öğretim görevlisi olan Sihai Yang “Bu malzeme, suyun varlığında bile azot dioksitin tekrar tekrar ayrılması için son derece seçici ve tamamen tersinir bir özellik sergileyen bir metal-organik çerçevenin ilk örneğidir” dedi.
Manchester Chemistry’den bir diğer baş yazar olan Profesör Martin Schröder, “Farklı gözenekli materyallerle ilgili diğer çalışmalar, genellikle, azot dioksit tarafından takip eden döngülerdeki performansın düştüğünü veya rejenerasyon sürecinin çok zor ve maliyetli olduğunu ortaya çıkardı.”
Araştırmanın bir parçası olarak bilim adamları, MFM-300 (Al) ‘ın nitrojen dioksit moleküllerini nasıl yakaladıklarını tasdik etmek ve kesin olarak karakterize etmek için Energy’s Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nda nötron saçılma tekniklerini kullandılar.
“Nötronlar, yoğun materyallere kolayca nüfuz edebilir ve MFM içindeki hidrojen atomları gibi daha hafif elementlere duyarlıdır, bu da nitrojen dioksit moleküllerinin nano boyutlu gözenekler içinde nasıl sınırlandığını gözlemlememizi sağladı” diyor Timmy Ramirez-Cuesta, yardımcı yazar ve ORNL’nin Nötron Bilimleri Direktörlüğü’nde kimya ve kataliz girişimi koordinatörü. “Moleküler titreşimleri araştırmak için fotonlar yerine nötronları kullanan Spallation Neutron Source’daki ORNL’nin 16-B ışın çizgisi üzerindeki VISION titreşim spektroskopisi enstrümanı tarafından sağlanan son derece yüksek hassasiyetten ve nicel verilerden faydalandık.”
MFM-300 (Al) tuzlarının nitrojen dioksiti nasıl ve nerede tuttuğunu doğrudan gözlemleme yeteneği, araştırmacıların farklı materyallerin farklı gazları yakalamak için nasıl üretileceğini ve uyarlanabileceğini tanımlamaya yardımcı olabilecek MOF gaz ayırma işleminin bir bilgisayar modelini doğrulamasına yardımcı oluyor.
ORNL nötron saçılımı yapan bilim adamı ve eş yazar Yongqiang Cheng, “Bilgisayar modelleme ve simülasyon, titreşim spektrumlarındaki ince değişiklikleri MFM-300 ve hapsolan moleküller arasındaki etkileşimlere bağlayıp bize yardımcı olarak nötron saçılma verilerini yorumlamada kritik roller oynadı.” “Amacımız, elde edilmesi zor olan sonuçları sunmak için modeli deneysel tekniklerle entegre etmektir.”
Atmosferden sera ve zehirli gazların yakalanması, hedeflenen gaz moleküllerini diğer gazlardan ayırmada negatif olarak etkileyen, nispeten düşük konsantrasyonları ve havadaki nem varlığı nedeniyle uzun zamandır süre gelen bir zorluk olmuştur. Bir başka zorluk da, yeraltındaki boşaltılan petrol rezervuarları veya salin dolu kaya oluşumları gibi uzun süreli ayrılma için yakalanan bir gazı serbest bırakmanın pratik bir yolunu bulmaktı. MOF’lar, bu zorlukların çoğuna çözümler sunuyor, ki bu yüzden de son günlerdeki bilimsel araştırmalara konu oluyorlar.
Araştırma ekibi, Nottingham Üniversitesi, Newcastle Üniversitesi, Ningbo Çin’deki Nottingham Üniversitesi, Pekin Üniversitesi, Uluslararası Tomografi Merkezi SB RAS, Novosibirsk Eyalet Üniversitesi ve Grenoble’deki Avrupa Sinkrotron Radyasyon Tesisi dahil olmak üzere beş ülkedeki kurumlardan bilim adamlarını içeriyor.
Kaynak : sciencedaily.com
