Исследователи нашли способ увеличить масштабы чудесного материала, который может творить чудеса с Землей

Исследователи из Школы инженерии и прикладных наук Университета Вирджинии придумали, как взять чудо-материал, способный извлекать пользу из улавливаемого углекислого газа, и сделать то, чего не умеет никто другой: сделать его практичным для изготовления для крупномасштабного применения. .

Прорыв, достигнутый лабораторной группой доцента химического машиностроения Гаурава «Джино» Гири, имеет значение для очистки парниковых газов, которые являются основным фактором, способствующим дилемме изменения климата. Это также могло бы помочь решить мировые энергетические потребности.

Вещество, получившее название MOF-525, относится к классу материалов, называемых металлоорганическими каркасами.

«Если вы сможете заставить эти MOF покрывать большие площади, тогда станут возможными новые применения, например, создание мембраны для улавливания углерода и электрокаталитического преобразования в одной системе», — сказал Гири.

Электрокаталитическая конверсия создает мост от возобновляемых источников энергии к прямому химическому синтезу, исключая из уравнения сжигание ископаемого топлива с образованием углекислого газа.

Что дает MOF сверхспособности, так это их ультрапористые кристаллические структуры — трехмерные сети мельчайших наноразмерных полостей, которые создают огромную внутреннюю площадь поверхности и действуют как губка — которые могут быть спроектированы для улавливания всех видов химических соединений.

Передовое решение

Группа Гири пришла к выводу, что, начиная с изначально масштабируемой техники синтеза — сдвига решений — их шансы повысятся. Они уже добились успеха в стрижке более простых MOF.

В процессе Гири компоненты MOF смешиваются в растворе, а затем распределяются по подложке с помощью режущего лезвия. По мере испарения раствора химические связи образуют MOF в виде тонкой пленки на подложке. Применение MOF-525 таким образом позволяет получить универсальную мембрану для улавливания и преобразования углерода.

«Чем больше мембрана, тем больше площадь поверхности у вас есть для реакции и тем больше продукта вы можете получить», — сказал принц Верма, доктор философии в декабре 2023 года. выпускник лаборатории Гири. «С помощью этого процесса вы можете увеличить ширину режущего лезвия до любого размера, который вам нужен».

Команда нацелилась на CO₂ преобразование, чтобы продемонстрировать свой подход к сдвигу раствора, поскольку улавливание углерода широко используется для сокращения промышленных выбросов или удаления его из атмосферы, но это обходится операторам с минимальной отдачей от инвестиций: углекислый газ имеет небольшую коммерческую ценность и чаще всего хранится на складах. на неопределенный срок под землей.

Однако при минимальных затратах энергии и использовании электричества для катализа реакции MOF-525 может отобрать атом кислорода, чтобы получить окись углерода — химическое вещество, которое ценно для производства топлива, фармацевтических препаратов и других продуктов.

Исследователи опубликовали свои выводы в журнале Американского химического общества. Применяемые материалы и интерфейсы. В работе также участвовали Коннор А. Келлнер, Хейли Холл, Миган Р. Фистер, Кевин Х. Стоун, Аса В. Николс, Анкит Дхакал и Эрл Эшкрафт.