La separazione delle molecole di anidride carbonica dalle miscele di gas richiede materiali con pori estremamente fini. I ricercatori dell'Università Friedrich Schiller di Jena, in collaborazione con l'Università di Lipsia e l'Università di Vienna, hanno ora trovato un nuovo modo per farlo.
Hanno trasformato i composti cristallini della struttura metallo-organica in vetro. In tal modo, sono riusciti a ridurre la dimensione dei pori del materiale al punto in cui diventa impermeabile a determinate molecole di gas. Hanno riportato le loro scoperte sulla rivista Nature Materials .
"In realtà, questi materiali simili al vetro erano precedentemente considerati non porosi", spiega il dottor Alexander Knebel dell'Istituto Otto Schott dell'Università di Jena, che ha condotto questo lavoro. "Il materiale di partenza, cioè i composti della struttura cristallina, hanno pori molto chiaramente definiti e anche un'ampia superficie interna. Pertanto, vengono studiati anche come materiali per immagazzinare o separare i gas. Tuttavia, questa struttura definita viene persa durante la fusione e la compressione. E ne abbiamo approfittato."
"I composti a struttura metallo-organica sono costituiti da ioni metallici collegati tra loro da molecole organiche rigide", afferma il leader del gruppo di ricerca junior. "Negli spazi di queste griglie regolari e tridimensionali, le molecole di gas possono muoversi facilmente. Durante la lavorazione del vetro, abbiamo compresso il materiale. In parole povere, siamo riusciti a comprimere i pori fino alla dimensione desiderata."
Anche se la struttura complessiva del cristallo scompare durante la fusione, alcune parti del cristallo mantengono la loro struttura. "In termini tecnici ciò significa:durante il passaggio dal cristallo al vetro si perde l'ordine a lungo raggio del materiale, ma si conserva l'ordine a corto raggio", spiega Knebel.
Oksana Smirnova, dottoranda presso l'Università di Jena e autrice principale del lavoro, aggiunge:"Quando ora sciogliamo e comprimiamo questo materiale, cambiano anche gli interstizi porosi". Di conseguenza, si creano canali con costrizioni, o addirittura vicoli ciechi, e di conseguenza alcuni gas semplicemente non riescono più a passare.
In questo modo, il gruppo ha ottenuto diametri dei pori nel materiale compresi tra 0,27 e 0,32 nanometri, con una precisione di un centesimo di nanometro. "Ad esempio:questo è circa 10.000 volte più sottile di un capello umano e 100 volte più sottile di una doppia elica del DNA. Con questa dimensione dei pori siamo riusciti, ad esempio, a separare l'anidride carbonica dall'etano", spiega Knebel. "La nostra svolta nel campo è probabilmente l'alta qualità degli occhiali e la precisa regolazione dei canali dei pori. Inoltre, i nostri occhiali misurano diversi centimetri."
"Uno degli obiettivi di questo lavoro è sviluppare una membrana di vetro per applicazioni ambientali. Perché la separazione dell'anidride carbonica dai gas è senza dubbio una delle grandi sfide tecnologiche del nostro tempo", afferma Knebel. "Ecco perché sono grato anche... per l'eccezionale impegno della mia dottoranda Oksana Smirnova, che ha contribuito in modo significativo al successo di questo lavoro."
Ulteriori informazioni: Oksana Smirnova et al, Controllo preciso sui canali di trasporto del gas nei vetri con struttura zeolitica imidazolata, Materiali naturali (2023). DOI:10.1038/s41563-023-01738-3
Informazioni sul giornale: Materiali naturali
Fornito dall'Università Friedrich Schiller di Jena
