Международная исследовательская группа с участием CNRS, Air Liquide и Университета Киото (Япония) только что продемонстрировала очень многообещающие возможности нового семейства материалов для хранения горючих газов, таких как ацетилен. Эти нанопористые и гибкие материалы могут быть модифицированы для улучшения адсорбции малых молекул при температуре и давлении, необходимых для промышленного применения. Эти результаты были опубликованы 21 апреля 2022 года в журнале Nature Chemistry.
Как хранить больше и лучше? Это обобщает проблему транспортировки легковоспламеняющихся газов. Для обеспечения промышленной безопасности с этими газами необходимо обращаться при определенных условиях температуры и давления, которые не позволяют обеспечить оптимальные циклы хранения и выпуска. Существующие пористые материалы могут способствовать улавливанию некоторых газов, но их высокое сродство к этим молекулам затрудняет их высвобождение: в этом случае большое количество газа остается захваченным материалом-хозяином.
Ученые1 только что показали, что новые запатентованные материалы2 могут обеспечить решение, демонстрируя свою способность улавливать и высвобождать ацетилен. При заданном объеме они могут хранить и выпускать в 90 раз больше ацетилена. На этом этапе можно даже восстановить 77% газа, хранящегося в баллоне, - намного больше, чем при использовании существующих пористых материалов. И все это в условиях температуры и давления, пригодных для промышленного применения.
Эти материалы принадлежат к семейству металлоорганических каркасов (MOF), которые образуют нанопористые кристаллические структуры. MOF, изученные в ходе этой работы, обладают особенностью быть гибкими и, таким образом, могут иметь два состояния: «открытое» и «закрытое», что облегчает хранение и выпуск газа соответственно. Кроме того, они могут быть модифицированы для очень точного контроля давления хранения-сброса и, таким образом, подходят для различных промышленных ограничений.
Основываясь на этих результатах, исследовательская группа планирует протестировать новые модификации, чтобы придать этим гибким MOF новые свойства, например, облегчить улавливание CO2, метана или водорода. Снижение стоимости этих новых материалов остается основной задачей для разработки промышленных приложений.
Это исследование было проведено в рамках Международного исследовательского проекта3 SMOLAB, который концентрирует и укрепляет дополнительные сильные стороны Франции и Японии в области гибких MOF и их приложений. SMOLAB был создан в 2018 году Киотским университетом и CNRS в партнерстве с Avec Air Liquide, Университетом Клода Бернара в Лионе 1, Университетом Chimie ParisTech / PSL.
Примечания
1- В Институте исследований химии в Париже (CNRS/Chimie ParisTech - PSL).
2- Разработано Университетом Киото и Air Liquide, ссылка WO2021043492A1.
3- Международные исследовательские проекты - это совместные исследовательские проекты, созданные между одной или несколькими лабораториями CNRS и лабораториями в одной или двух зарубежных странах. Через них установившееся сотрудничество укрепляется краткосрочными или среднесрочными научными партнерствами. Они включают в себя рабочие встречи и семинары, развитие совместной исследовательской деятельности, в том числе полевых исследований, и руководство студентами.