Ordet "defekt" väcker allmänt negativt, oönskad egenskap, men forskare vid Energy Safety Research Institute (ESRI) vid Swansea University har en annan åsikt:när det gäller nanoporösa material, defekter kan användas på ett bra sätt, om man vet hur man tämjer dem.

Metalliska organiska ramverk

Ett team under ledning av Dr Marco Taddei, Marie Sklodowska-Curie Actions Fellow vid Swansea University, undersöker hur egenskaperna hos metallorganiska ramverk, en klass av material som liknar mikroskopiska svampar, kan justeras genom att dra nytta av deras defekter för att göra dem bättre på att fånga CO2.

Dr Taddei sa:"Metallorganiska ramverk, eller MOF, är extremt intressanta material eftersom de är fulla av tomt utrymme som kan användas för att fånga och innehålla gaser. Dessutom, deras struktur kan manipuleras på atomnivå för att göra dem selektiva för vissa gaser, i vårt fall CO2. "

"MOF som innehåller elementet zirkonium är speciella, i den meningen att de tål förlusten av många länkar utan att kollapsa. Vi ser dessa defekter som en attraktiv möjlighet att leka med materialets egenskaper. "

Forskarna undersökte hur defekter deltar i en process som kallas "postsyntetiskt utbyte", ett förfarande i två steg där en MOF initialt syntetiseras och sedan modifieras genom utbyte av vissa komponenter i dess struktur. De studerade fenomenet i realtid med hjälp av kärnmagnetisk resonans, en vanlig karakteriseringsteknik inom kemi. Detta gjorde det möjligt för dem att förstå defektens roll under processen.

Den nya studien förekommer i den internationella tidskriften high impact Angewandte Chemie .

"Vi fann att defekter är mycket reaktiva platser inom strukturen på MOF, och att deras modifiering påverkar materialets egendom på ett unikt sätt. "sa Dr. Taddei" Det faktum att vi gjorde detta genom att använda omfattande teknik som är lättillgänglig för alla kemister runt om i världen är enligt min mening en av höjdpunkterna i detta arbete. "

ESRI -forskning

ESRI -chef, Professor Andrew Barron är medförfattare till verket, sade:"I ESRI, våra forskningsinsatser är inriktade på att påverka hur vi producerar energi, gör det rent, säkert och prisvärt. Dock, vi är väl medvetna om att framsteg inom tillämpad forskning endast är möjliga genom en djup förståelse av grundläggande. Detta arbete går exakt åt det hållet. "

Studien är ett bevis på koncept, men dessa resultat lägger grunden för framtida arbete, finansierad av Engineering and Physical Sciences Research Council. Forskarna vill lära sig hur man kemiskt manipulerar defekta strukturer för att utveckla nya material med förbättrad prestanda för koldioxidavskiljning från stålverkets avgaser, i samarbete med Tata Steel och University College Cork.

"Att minska koldioxidutsläppen från energiproduktion och industriella processer är absolut nödvändigt för att förhindra allvarliga konsekvenser för klimatet, "säger medförfattaren Dr Enrico Andreoli, Universitetslektor vid Swansea University och ledare för CO2 -fångst- och utnyttjandegruppen inom ESRI, "Ansträngningar i vår grupp är inriktade på utvecklingen av både nya material för att effektivt fånga CO2 och bekväma processer för att omvandla denna CO2 till värdefulla produkter."

Dr Taddei, Professor Barron och Dr Andreoli är arrangörer av den första europeiska workshopen om metallfosfonater, som kommer att hållas i ESRI den 19 september 2018.