I ricercatori dell'Università di Kyoto hanno progettato una temperatura controllabile, materiale a base di rame per setacciare o immagazzinare gas. Il principio utilizzato per progettare il materiale, descritto nel giornale Scienza , potrebbe fungere da modello per lo sviluppo di materiali nanoporosi con un'ampia varietà di energia, applicazioni mediche e ambientali.

I nanomateriali porosi attualmente utilizzati per la separazione e lo stoccaggio dei gas non sono regolabili perché i loro pori sono persistenti e rigidi. Susumu Kitagawa, Nobuhiko Hosono, ei loro colleghi dell'Istituto per le scienze integrate dei materiali cellulari (iCeMS) dell'Università di Kyoto volevano trovare un modo per modificare dinamicamente le dimensioni dei pori in questo tipo di materiale.

Hanno progettato un polimero di coordinazione poroso formato da atomi di rame collegati da ligandi a forma di farfalla costituiti da acido isoftalico e fenotiazina-5, 5-biossido. Il materiale risultante era composto da minuscole nanogabbie, ciascuno con otto canali sporgenti. A temperature molto basse, i canali che collegavano le nanogabbie erano così stretti da essere stati effettivamente chiusi. All'aumentare della temperatura, i canali si sono progressivamente ampliati, permettendo alle molecole di gas di muoversi tra le gabbie.

Il team ha scoperto che un gas potrebbe muoversi o rimanere bloccato all'interno del materiale a seconda delle dimensioni delle molecole del gas e dell'ampiezza dei canali del materiale a una data temperatura. Hanno anche scoperto che il materiale adsorbiva un gas ad alte temperature e lo tratteneva quando veniva applicata la temperatura ambiente, immagazzinare efficacemente il gas.

Per di più, quando i ricercatori hanno applicato miscele di gas al materiale, hanno scoperto di poter separare i gas in base alla temperatura applicata. Per esempio, il materiale ha assorbito selettivamente ossigeno quando una miscela di gas di uguali concentrazioni di ossigeno e argon è stata applicata per un'ora a una temperatura di -93°C e una pressione di un bar. Il materiale ha assorbito selettivamente l'ossigeno anche quando la concentrazione di argon nella miscela era significativamente superiore a quella dell'ossigeno.

"Il sistema poroso presentato che utilizza una struttura robusta con funzionalità molecolare termicamente attiva realizza adsorbimento/desorbimento di gas a temperatura regolata in base alla progettazione, in cui la flessibilità locale all'apertura gioca un ruolo fondamentale, " concludono i ricercatori.