I ricercatori dell'Università di Liverpool e della King Abdullah University of Science and Technology hanno riportato alcune interessanti scoperte relative alle strutture metallo-organiche (MOF), una classe di materiali porosi, che potrebbe avvantaggiare una vasta gamma di importanti processi di separazione dei gas.

I risultati sono riportati in due documenti di ricerca pubblicati questo mese.

Le strutture metallo-organiche (MOF) sono una classe relativamente nuova di materiali porosi, materiali cristallini con un'ampia gamma di applicazioni.

Alcuni MOF possono fungere da setaccio molecolare, permettendo a un tipo di molecola di gas di una miscela di passare mentre blocca gli altri. Per esempio, è noto che alcuni MOF separano il propilene dal propano, un processo importante nella produzione di materie plastiche in polipropilene per il quale è richiesto propilene di elevata purezza.

In un primo articolo pubblicato su Comunicazioni sulla natura , i ricercatori dimostrano che a differenza di un setaccio da cucina, questi setacci molecolari tridimensionali possono cambiare la loro forma dei pori e la loro flessibilità è vitale per questa prestazione.

La modellazione computazionale supportata da dati sperimentali a raggi X indica che per uno di questi MOF ad alte prestazioni, chiamato KAUST-7, i cambiamenti strutturali nel MOF innescati dalla presenza delle molecole di propilene e di gas propano sono qualitativamente differenti e si traducono in un adsorbimento più forte e un trasporto più veloce del propilene, quindi essenzialmente setacciando le molecole di propano.

Però, è difficile prevedere quali altri tipi di MOF possiedano questa flessibilità funzionale e quindi potrebbero anche essere utili per una data separazione di gas perché le prestazioni sono controllate da interazioni molecolari specifiche che sono difficili da prevedere o identificare sperimentalmente.

In un secondo articolo pubblicato su Chimica Fisica Fisica Chimica , i ricercatori si concentrano su questa sfida.

Hanno sviluppato un approccio di screening computazionale per valutare oltre quattromila MOF precedentemente segnalati per la loro flessibilità quando agiscono come un setaccio molecolare. Utilizzando questo approccio, hanno identificato i primi quattro MOF che mostrano il potenziale per separare il propilene dal propano:due di loro sono già noti per avere buone prestazioni mentre gli altri due non sono ancora stati testati sperimentalmente per questa applicazione.

Dott. Matthew Dyer, un docente di Chimica e parte del Centro di ricerca dell'Università di Leverhulme per la progettazione di materiali funzionali, ha dichiarato:"I MOF hanno suscitato un notevole interesse negli ultimi anni e ci sono grandi speranze per le applicazioni tecniche, in particolare per i MOF flessibili.

"La nostra ricerca si aggiunge alla nostra conoscenza dei MOF, perché alcuni sono in grado di fungere da setacci e quali mostrano flessibilità.

"Utilizzando un approccio computazionale, siamo in grado di identificare MOF flessibili e questi risultati hanno il potenziale per rendere il processo di purificazione dei gas più efficiente dal punto di vista energetico. Questo è importante in termini di produzione di materie plastiche di alta qualità che richiedono composti di partenza puri che vengono comunemente estratti da sottoprodotti gassosi nella lavorazione petrolchimica. "

"Approcci di screening così elevati possono essere applicati a molti materiali diversi con diverse potenziali applicazioni. Hanno il potenziale per cambiare il modo in cui troviamo i materiali per affrontare le sfide tecnologiche".

Il Leverhulme Center for Research Center for Functional Materials Design è un centro di ricerca interdisciplinare che mira a rivoluzionare il design di nuovi materiali. Riunisce le conoscenze chimiche con l'informatica all'avanguardia per sviluppare un nuovo approccio alla progettazione di materiali funzionali su scala atomica.

L'articolo "La diversa posizione dell'ospite in base alla dinamica dell'ospite migliora la separazione propilene-propano in una struttura metallo-organica" è pubblicato in Comunicazioni sulla natura .

Pubblicazione del documento "High-Throughput Screening of Metal-Organic Frameworks for Kinetic Separation of Propane and Propene" Chimica Fisica Fisica Chimica .