Wetenschappers ontdekken het eerste molecuul in zijn soort dat broeikasgassen absorbeert

‘Kooien’ is hoe wetenschappers een nieuw type poreus materiaal beschrijven, uniek in zijn moleculaire structuur, dat kan worden gebruikt om kooldioxide en een ander krachtiger broeikasgas op te vangen.

Het materiaal wordt in het laboratorium gesynthetiseerd door onderzoekers in Groot-Brittannië en China en wordt in twee stappen gemaakt, waarbij reacties de bouwstenen van het driehoekige prisma samenbrengen in grotere, meer symmetrische tetraëdrische kooien – waardoor de eerste moleculaire structuur in zijn soort ontstaat. Het team beweert.

Het resulterende materiaal, met zijn overvloed aan polaire moleculen, trekt broeikasgassen zoals kooldioxide (CO2) aan en houdt deze vast.₂) met sterke affiniteit. Het heeft ook een uitstekende stabiliteit in water aangetoond, wat van cruciaal belang is voor het gebruik ervan bij het afvangen van koolstof in industriële omgevingen, uit natte of natte gasstromen.

'Dit is een spannende ontdekking' Hij zegt Mark Little, een materiaalwetenschapper aan de Heriot-Watt Universiteit in Edinburgh en senior auteur van de studie, zei: “Omdat we nieuwe poreuze materialen nodig hebben om de grootste uitdagingen van de samenleving op te lossen, zoals het afvangen en opslaan van broeikasgassen.”

Hoewel niet op grote schaal getest, hebben laboratoriumexperimenten aangetoond dat het nieuwe kooiachtige materiaal ook een hoog absorptievermogen heeft. Zwavelhexafluoride (SF₆), wat volgens het Intergouvernementeel Panel voor Klimaatverandering dat wel is Het krachtigste broeikasgas.

Waar CO₂ Blijft 5-200 jaar in de atmosfeer, SF₆ Het kan ergens tussen de 800 en 3200 jaar overleven. Dit ondanks SF₆ De atmosferische niveaus zijn veel lager en de extreem lange levensduur levert SF op₆ Opwarmingspotentieel van de aarde Ongeveer 23.500 keer Die van CO₂ Als je het vergelijkt met ruim 100 jaar geleden.

Verwijder grote hoeveelheden SF₆ En delen₂ Uit de atmosfeer, of om te voorkomen dat deze überhaupt binnendringt, is wat we dringend moeten doen om de klimaatverandering onder controle te houden.

Onderzoekers schatten dat we er omheen moeten graven 20 miljard ton koolstofdioxide₂ elk jaar Om onze CO2-uitstoot, die alleen maar omhoog gaat, teniet te doen.

Tot op heden bestaan ​​er strategieën voor het koolstofarm maken van de economie Jaarlijks 2 miljard ton, maar vooral bomen en grond doen hun werk. Ongeveer 0,1 procent koolstofverwijderingOngeveer 2,3 miljoen ton per jaar, dankzij nieuwe technologieën zoals directe luchtafvang, waarbij poreuze materialen worden gebruikt om koolstofdioxide te absorberen.₂ Van de lucht.

Onderzoekers zijn druk bezig Nieuwe materialen maken Om de directe luchtafvang te verbeteren en deze efficiënter en minder energieverbruikend te maken, zou dit nieuwe materiaal een andere optie kunnen zijn. Maar om de ergste gevolgen van de klimaatverandering te voorkomen, moeten we eraan werken de uitstoot van broeikasgassen sneller terug te dringen dan deze opkomende technologieën momenteel kunnen doen.

We moeten echter alles doen wat we kunnen om dit mondiale probleem aan te pakken. Het creëren van een materiaal met zo’n hoge structurele complexiteit was niet eenvoudig, ook al assembleerden de elementaire moleculen zichzelf technisch.

Deze strategie heet Supramoleculaire zelfassemblage. Ze kunnen chemisch verknoopte structuren produceren uit eenvoudigere bouwstenen, maar vereisen enige verfijning omdat “de beste reactieomstandigheden vaak niet intuïtief duidelijk zijn”, zeggen Little en zijn collega’s. uitgelegd in hun gepubliceerde artikel.

Hoe complexer het uiteindelijke molecuul, des te moeilijker het is om te synthetiseren en er kan meer moleculaire ‘klaring’ optreden bij die reacties.

Om deze onzichtbare moleculaire interacties aan te pakken, gebruikten de onderzoekers simulaties om te voorspellen hoe hun primaire moleculen zich zouden assembleren tot dit nieuwe type poreuze materiaal. Ze hielden rekening met de geometrie van potentiële precursormoleculen, de chemische stabiliteit en de hardheid van het eindproduct.

Afgezien van het vermogen om broeikasgassen te absorberen, aldus de onderzoekers Voorstellen De nieuwe materialen kunnen ook worden gebruikt om andere giftige dampen uit de lucht te verwijderen, zoals vluchtige organische stoffen, die gemakkelijk veranderen in dampen of gassen van oppervlakken, ook in nieuwe auto's.

“We zien deze studie als een belangrijke stap in de richting van het openstellen van dergelijke toepassingen in de toekomst”, aldus Little Hij zegt.

Het onderzoek is gepubliceerd in Synthese van de natuur.