在曼徹斯特大學的帶領下，國際科學家團隊開發(fā)出一種金屬有機骨架材料(MOF)，具有選擇性，完全可逆和可重復的能力，可在環(huán)境條件下從大氣中去除二氧化氮氣體。這一發(fā)現(xiàn)得到了能源部橡樹嶺國家實驗室使用中子散射的研究人員的證實，可能導致空氣過濾技術經(jīng)濟有效地捕獲和轉(zhuǎn)換大量目標氣體，包括二氧化碳和其他溫室氣體，以促進其長期使用。有效隔離，以幫助減輕空氣污染和全球變暖。

如Nature Materials報道，表示為MFM-300(A1)的材料在水分，二氧化硫和二氧化碳存在下，在環(huán)境壓力和溫度(低濃度)下表現(xiàn)出第一次可逆的選擇性捕獲二氧化氮。盡管二氧化氮具有高反應性，MFM-300(Al)材料證明非常堅固，證明能夠多次完全再生或脫氣，而不會損失結晶度或孔隙率。

“這種材料是金屬 - 有機骨架的第一個例子，它具有高選擇性和完全可逆的能力，即使在水存在的情況下也可以重復從空氣中分離二氧化氮，”該研究的主要作者之一的Sihai Yang表示。曼徹斯特化學學院無機化學講師。

曼徹斯特化學公司的另一位主要作者MartinSchröder教授評論說：“對不同多孔材料的其他研究經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，二氧化氮在后續(xù)循環(huán)中性能下降，或者再生過程太困難和昂貴。”

作為研究的一部分，科學家們在能源部橡樹嶺國家實驗室使用中子散射技術來確認和精確描述MFM-300(鋁)如何捕獲二氧化氮分子。

“中子很容易穿透致密材料，它們對較輕的元素敏感，例如MFM內(nèi)部的氫原子，這使我們能夠觀察到二氧化氮分子如何被限制在納米尺寸的孔隙內(nèi)，”Timmy Ramirez-Cuesta說， ORNL中子科學理事會化學和催化倡議的共同作者和協(xié)調(diào)員。“我們受益于VISION振動光譜儀器在散射中子源上的ORNL 16-B光束線上提供的極高靈敏度和定量數(shù)據(jù)，它使用中子代替光子探測分子振動。”

直接觀察MFM-300(鋁)捕獲二氧化氮的方式和位置的能力正在幫助研究人員驗證MOF氣體分離過程的計算機模型，這有助于確定如何生產(chǎn)和定制其他材料以捕獲各種不同的氣體。

“計算機建模和模擬通過幫助我們將振動光譜中的細微變化與MFM-300和被捕獲分子之間的相互作用聯(lián)系起來，在解釋中子散射數(shù)據(jù)中發(fā)揮了關鍵作用，”ORNL中子散射科學家兼合著者鄭永強說。“我們的目標是將模型與實驗技術相結合，以提供難以實現(xiàn)的結果。”

從大氣中捕獲溫室和有毒氣體長期以來一直是一個挑戰(zhàn)，因為它們的濃度相對較低并且空氣中存在水分，這會對目標氣體分子與其他氣體的分離產(chǎn)生負面影響。另一個挑戰(zhàn)是找到一種實用的方法來釋放捕獲的氣體用于長期封存，例如在地下枯竭的油藏或鹽水填充的巖層中。MOF為許多這些挑戰(zhàn)提供解決方案，這就是為什么它們成為最近科學研究的主題。