Av materiens fyra tillstånd, gaser är svårast att fastställa. Gasmolekyler rör sig snabbt och vilt och gillar inte att vara instängda. När instängd, värme och tryck byggas upp i behållaren, och det tar inte lång tid innan gasen blåser av locket från stället, bokstavligen. Lyckligtvis, gaser är ytliga. Ge dem en attraktiv inre yta, och de kommer att klämma fast sig själva på nolltid. Nej, det är inte kärlek vid första ögonkastet, det är adsorption.

"Adsorption är processerna där gas fastnar på ytan av ett annat material - insidan av en behållare, till exempel, " säger Chris Wilmer, biträdande professor vid Pitts institution för kemi- och petroleumteknik. "När adsorption inträffar, gasmolekylerna slutar stöta in i varandra, minska trycket. Så, genom att öka en containers inre yta, vi kan lagra mer gas på mindre utrymme."

Dr. Wilmer leder Hypotetical Materials Lab, där han och hans forskargrupp utvecklar nya sätt att lagra, separat, och transportgaser. De publicerade nyligen sin studie "Thermal Transport in Interpenetrated Metal-Organic Frameworks" i American Chemistry Society Journal Materialkemi . Utgåvans omslag innehöll också en bild designad av Kutay Sezginel, en doktorand i kemiteknik vid Dr. Wilmer's Lab. Den avbildade interpenetrerade organiska ramverk av metall eller MOF.

MOF är en lovande klass av porösa material, gjorda av metallkluster bundna till organiska molekyler. Upptäcktes för mindre än två decennier sedan, MOF hjälper till att hålla tillbaka gaser eftersom deras porösa nanostruktur har en extremt stor yta och kan specialtillverkas för att vara särskilt klibbiga mot vissa gasmolekyler. MOF används för en mängd olika funktioner inklusive gaslagring, gasseparering, avkänning, och katalys.

I studien, forskarna upptäckte att MOF kan avleda ännu mer värme från instängda gaser när de vävs in i varandra eller "interpenetreras". Faktiskt, parallell, interpenetrerade MOF kan kyla av gaser ungefär med samma hastighet av två MOF individuellt. Med andra ord, gaser har inget emot nära håll om dessa kvarter är MOF.

Effektivare gaslagring kan leda till nya möjligheter inom hållbar energiproduktion och användning. Olja är fortfarande den föredragna kraftkällan för de flesta transportfordon, men naturgas är billigare, rikligare, och renare alternativ. Komprimerade naturgastankar är för tunga och dyra för att ersätta traditionella bensintankar, men adsorberade naturgastankar är både lätta och billiga. En MOF-tank kan lagra samma mängd bränsle som vanliga bensintankar men med en fjärdedel av trycket. Det är bara en potentiell applikation.

"Medicinska syrgastankar, lagring av farliga gaser från halvledartillverkning, och teknik som syftar till att fånga, separat, och lagra kol från luften kan alla dra nytta av MOFs, " säger Dr. Wilmer. "Vi tror att MOF har samma potentiella inverkan på 2000-talet som plast gjorde på 20-talet."