Gestione, immagazzinare, e la spedizione dell'ammoniaca richiede attrezzature costose e precauzioni speciali a causa della sua intrinseca corrosività e tossicità. Scienziati a Manchester, UK, hanno scoperto che una struttura metallo-organica, MFM-300 (Al), un solido poroso, non solo filtra efficacemente il gas nocivo di biossido di azoto, ma ha anche capacità eccezionali per lo stoccaggio dell'ammoniaca. Come dettagliato nella rivista Angewandte Chemie , l'assorbimento e il rilascio reversibili dell'ammoniaca avvengono tramite una modalità di assorbimento unica.

L'ammoniaca è una fonte di azoto essenziale per le piante ed è una sostanza chimica di base. Questa sostanza chimica indispensabile, che è prodotto su larga scala da azoto atmosferico e idrogeno, è stato chiamato "pane dall'aria". Ma come dovrebbe essere immagazzinata e gestita questa risorsa? La forma gassosa o liquefatta è corrosiva e tossica. Lo stoccaggio e la spedizione sotto pressione oa basse temperature sono costosi e richiedono molta energia. Adsorbimento in solidi porosi, come zeoliti o strutture metallo-organiche, una strategia attualmente ampiamente testata nello stoccaggio dell'idrogeno, potrebbe essere un'opzione interessante.

La robusta struttura metallo-organica MFM-300(Al) ha dimostrato di essere un potente filtro per il biossido di azoto, che è un inquinante nocivo nell'aria. Martin Schröder e i suoi colleghi dell'Università di Manchester, UK, hanno ora esaminato MFM-300 (Al) per la sua capacità di assorbire l'ammoniaca. Hanno scoperto che potrebbe assorbire ammoniaca gassosa fino a una densità che si avvicina a quella dell'ammoniaca liquida in condizioni ambientali. A circa zero gradi Celsius ha persino superato questa densità.

MFM-300 (Al) è costituito da porzioni di idrossido di alluminio e ligandi organici dell'acido bifenil tetracarbossilico che collegano i siti di alluminio per formare una struttura rigida "portabottiglie", come lo chiamavano gli autori. Invece di bottiglie di vino, le molecole di gas si trovano nei nanocanali e nei pori.

Come base, l'ammoniaca si lega ai centri acidi. Gli autori hanno identificato tre modalità di legame distinte basate su interazioni elettrostatiche. In totale, quattro molecole di ammoniaca associate a un centro di alluminio, e un vuoto quadrato "portabottiglie", può essere riempito con un massimo di 16 molecole di gas. Gli scienziati hanno determinato le modalità di legame mediante la diffrazione e il perfezionamento della polvere di neutroni, una tecnica in grado di risolvere i dettagli strutturali con risoluzione atomica.

Gli autori hanno scoperto che l'impaccamento delle molecole di ammoniaca era quasi denso come in un liquido, e l'adsorbimento era reversibile. Il riempimento e il rilascio dei pori fino a 50 volte è stato possibile senza alcuna perdita di capacità o deterioramento della struttura, loro hanno detto.

E c'è una modalità di assorbimento unica. Utilizzando esperimenti di etichettatura in cui l'idrogeno nell'ammoniaca è stato sostituito dal deuterio, gli scienziati hanno scoperto un rapido scambio di deuterio con l'idrogeno dalle pareti dei pori. Ciò suggerisce che la modalità di assorbimento non potrebbe essere puro fisisorbimento basato esclusivamente su interazioni elettrostatiche. Però, Neanche il chemisorbimento era responsabile, perché nessun legame adsorbente si era formato all'interfaccia. "In modo significativo, l'adsorbimento di ammoniaca deuterata in MFM-300(Al) ha rivelato un nuovo tipo di adsorbimento, " hanno osservato gli autori. Il rapido scambio di siti potrebbe essere una delle ragioni per un efficace assorbimento dell'ammoniaca.

Questo lavoro mostra che la struttura metallo-organica è adatta per lo stoccaggio e la manipolazione dell'ammoniaca a densità vicine a quelle del gas liquefatto e pressurizzato. Ammoniaca, "pane dall'aria", potrebbe davvero raggiungere la consistenza del pane.