Il monossido di carbonio è un veleno insidioso perché ama il ferro nel nostro sangue; spinge l'ossigeno fuori dall'emoglobina a base di ferro, portando ad asfissia dolorosa.

Questa affinità per il ferro è utile in un materiale di nuova creazione che può assorbire il monossido di carbonio molto meglio di altri materiali, con potenziali applicazioni in processi industriali come la produzione di syngas, dove la CO è un attore chiave, e reazioni in cui la CO è un contaminante indesiderato.

Il nuovo materiale è una struttura metallo-organica - un materiale sorprendentemente poroso con un elenco crescente di applicazioni - che incorpora catene di atomi di ferro sintonizzati per attirare CO ed escludere altri composti chimici. Quando la CO si lega a un atomo di ferro nel MOF, cambia l'ambiente degli atomi di ferro vicini per renderli ancora più attraenti per la CO, creando una reazione a catena.

"Vediamo questo effetto di adsorbimento cooperativo in cui il legame in un sito attiva i siti vicini, il che significa che all'improvviso si passa da pochissimo adsorbimento a essenzialmente saturando il materiale con CO, " ha affermato il ricercatore senior Jeffrey Long, un professore di chimica dell'Università di Berkeley e scienziato della facoltà presso il Lawrence Berkeley National Laboratory.

Il legame con la CO inverte lo stato di rotazione del ferro, da qui la terminologia di Long per il materiale:MOF di transizione di spin.

Due anni fa, Long si è imbattuto accidentalmente nel primo di questo tipo di adsorbente cooperativo quando ha creato un MOF che assorbe l'anidride carbonica molto meglio di altri materiali.

"Il materiale di cattura dell'anidride carbonica in cui siamo stati fortunati nel 2015 è stato un materiale unico nel suo genere per l'assorbimento cooperativo, " ha detto. "Ora abbiamo dimostrato che gli adsorbenti MOF cooperativi possono essere costruiti in base alla progettazione per colpire altre molecole chiave rilevanti a livello industriale per la separazione. Si tratta di un nuovo meccanismo fondamentale in cui, regolando i leganti legati al ferro, potresti essere in grado di ottenere idrocarburi insaturi come l'acetilene, etilene e propilene si legano anche."

La ricerca, pubblicato online l'11 settembre prima della pubblicazione sulla rivista Natura , è stato sostenuto dal Center for Gas Separations Relevant to Clean Energy Technologies, un Energy Frontier Research Center gestito congiuntamente da UC Berkeley e Berkeley Lab e finanziato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

Recuperare anziché bruciare monossido di carbonio

La CO viene utilizzata in una varietà di processi industriali, anche come componente del gas di sintesi - una miscela di CO e idrogeno utilizzata per produrre carburante sintetico o per sintetizzare altre sostanze chimiche. Questi MOF potrebbero fungere da serbatoi per la CO per mantenere il corretto rapporto tra CO e idrogeno per una particolare reazione.

In forma pura, La CO è essenziale anche nella produzione di ferro e acciaio. Long prevede che il nuovo MOF potrebbe essere utilizzato per estrarre CO dai sottoprodotti di gas misti di tale produzione per fornire CO riciclata per il riutilizzo. Nella maggior parte dei casi oggi, questi gas misti vengono bruciati, lungo detto, responsabile di gran parte dei gas serra prodotti dall'industria siderurgica.

Tali MOF potrebbero anche aiutare ad aspirare la CO nelle reazioni in cui la CO avvelena il catalizzatore, come nella produzione di ammoniaca per fertilizzanti o polimeri come polietilene e polipropilene, e nelle celle a combustibile a idrogeno.

"Ci sono molti posti in cui si desidera separare sufficientemente la CO nell'industria, e questi MOF di transizione di spin possono potenzialmente avere un ruolo lì, "Ha detto a lungo.

In pratica, i MOF assorbirebbero CO a temperatura ambiente, quindi essere leggermente riscaldato per eliminare il CO, preparare il MOF per il riutilizzo. Questi MOF di transizione di spin possono essere regolati con precisione in modo che solo un piccolo aumento della temperatura - da 20 C a 60 C, per esempio:rilascia il CO, richiedono molta meno energia rispetto ad altre tecnologie di cattura o stoccaggio, come la distillazione criogenica.

Come esempio, hanno confrontato il loro MOF di transizione di spin con uno spot, processo assorbente liquido per il recupero di CO, che si chiama COSORB. I calcoli iniziali hanno mostrato che il MOF richiede solo il 32% dell'energia per catturare e riutilizzare la CO come processo COSORB.