Metallorganiska ramverk (MOF) är mångsidiga föreningar som är värd för porer i nanostorlek i sin kristallstruktur. På grund av deras nanoporer, MOF används nu i ett brett spektrum av tillämpningar, inklusive separering av petrokemikalier, härmar DNA, och ta bort tungmetaller, fluoranjoner, väte, och även guld från vatten.

Speciellt gasseparering är av stort intresse för ett antal industrier, som biogasproduktion, berikande luft vid metallbearbetning, rening av naturgas, och utvinning av väte från ammoniakanläggningar och oljeraffinaderier. "Den flexibla "gitter"-strukturen hos metallorganiska ramverk suger upp gasmolekyler som är ännu större än dess porfönster, vilket gör det svårt att utföra effektiv membranbaserad separation, " säger Kumar Varoon Agrawal, som innehar GAZNAT Chair for Advanced Separations vid EPFL Valais Wallis.

Nu, forskare från Agrawals labb har avsevärt förbättrat gasseparationen genom att göra MOF-gitterstrukturen stel. De gjorde detta genom att använda en ny "postsyntetisk snabb värmebehandling"-metod, vilket i princip innebar att baka en populär MOF som heter ZIF-8 (zeolitisk imidazolatramverk 8) vid 360°C under några sekunder.

Metoden förbättrade drastiskt ZIF-8:s gasseparationsprestanda – särskilt i "kolavskiljning", en process som fångar upp koldioxidutsläpp från användningen av fossila bränslen, hindrar den från att komma in i atmosfären. "För första gången, vi har uppnått kommersiellt attraktiv dioxidsiktningsprestanda ett MOF-membran, säger Agrawal.

Forskarna tillskriver förbättringen en krympning av gitterparametrarna som gör de kemiska bindningarna av MOF mer stela. Den väsentliga kemiska sammansättningen, bindande miljö, och materialets kristallinitet var opåverkad av det nya förfarandet.

"Snabb värmebehandling är en enkel och mångsidig teknik som avsevärt kan förbättra gasseparationsprestandan hos MOF-membranen, " säger Agrawal. "Genom att göra gallret styvt, vi kan effektivt genomföra ett antal separationer."