Metallorganiska ramverk (MOF) är bland de mest användbara och mångsidiga materialen idag, demonstrerar strukturell mångsidighet, hög porositet, och fascinerande optiska och elektroniska egenskaper. Dessa egenskaper gör dem lovande kandidater för en mängd olika tillämpningar, inklusive avskiljning och separation av gas, sensorer och fotokatalysatorer.

Eftersom MOF är så mångsidiga i både sin konstruktion och användbarhet, materialforskare testar dem för närvarande i ett antal kemiska tillämpningar. En av dessa är fotokatalys, en process där ett ljuskänsligt material exciteras med ljus. Den absorberade överskottsenergin förflyttar elektroner från sina atombanor, lämnar "elektronhål" efter sig. Genereringen av sådana elektronhålspar är en avgörande process i alla ljusberoende energiprocesser, och i detta fall, det gör att MOF kan påverka en mängd olika kemiska reaktioner.

Ett team av forskare vid EPFL Sion under ledning av Kyriakos Stylianou vid Laboratory of Molecular Simulation har nu utvecklat ett MOF-baserat system som inte kan utföra ett, men två typer av fotokatalys samtidigt:produktion av väte och rengöring av föroreningar ur vatten. Materialet innehåller billigt, rikligt med nickelfosfid (Ni2P), och befanns utföra effektiv fotokatalys under synligt ljus.

Den första typen av fotokatalys, väteproduktion, innebär en reaktion som kallas "vattensplittring". Som namnet antyder, reaktionen delar vattenmolekyler i sina beståndsdelar väte och syre. En av de större tillämpningarna här är att använda väte för bränsleceller, som är energiförsörjningsanordningar som används i en mängd olika tekniker idag, inklusive satelliter och rymdfärjor.

Den andra typen av fotokatalys kallas "organisk föroreningsnedbrytning, "som hänvisar till processer som bryter ner föroreningar som finns i vatten. Forskarna undersökte detta innovativa MOF-baserade fotokatalytiska system mot nedbrytning av det giftiga färgämnet rodamin B, vanligtvis används för att simulera organiska föroreningar.

Forskarna utförde båda testerna i följd, visar att det MOF-baserade fotokatalytiska systemet kunde integrera den fotokatalytiska genereringen av väte med nedbrytningen av rodamin B i en enda process. Detta innebär att det nu är möjligt att använda detta fotokatalytiska system för att både rengöra föroreningar ur vatten, samtidigt som man producerar väte som kan användas som bränsle.

"Detta ädelmetallfria fotokatalytiska system tar fotokatalysområdet ett steg närmare praktiska" soldrivna "applikationer och visar den stora potentialen hos MOF på detta område, säger Kyriakos Stylianou.