Forskare vid University of Liverpool och King Abdullah University of Science and Technology har rapporterat några spännande rön om metall-organiska ramverk (MOFs), en klass av porösa material, vilket skulle kunna gynna en lång rad viktiga gasseparationsprocesser.

Resultaten rapporteras i två forskningsartiklar publicerade denna månad.

Metallorganiska ramverk (MOF) är en relativt ny klass av porösa, kristallina material med ett brett användningsområde.

Vissa MOF kan fungera som en molekylsikt, tillåta en typ av gasmolekyl från en blandning att passera igenom samtidigt som de andra blockeras. Till exempel, det är känt att vissa MOF separerar propen från propan, en viktig process vid tillverkning av polypropenplaster för vilka högrenhetspropen krävs.

I en första tidning publicerad i Naturkommunikation , forskare visar att till skillnad från en kökssil, dessa tredimensionella molekylsilar kan ändra sin porform och deras flexibilitet är avgörande för denna prestanda.

Den beräkningsmodellering som stöds av experimentell röntgendata indikerar att för en sådan högpresterande MOF, kallas KAUST-7, de strukturella förändringarna i MOF som utlöses av närvaron av propen- och propangasmolekylerna är kvalitativt olika och resulterar i starkare adsorption och snabbare transport av propen, vilket i huvudsak siktar ut propanmolekyler.

Dock, det är svårt att förutsäga vilka andra typer av MOF som har denna funktionella flexibilitet och därför också kan vara bra för en given gasseparation eftersom prestandan styrs av specifika molekylära interaktioner som är svåra att förutse eller identifiera experimentellt.

I en andra tidning publicerad i Fysikalisk kemi Kemisk fysik , forskare fokuserar på denna utmaning.

De utvecklade en metod för beräkningsscreening för att bedöma över fyra tusen tidigare rapporterade MOFs för deras flexibilitet när de fungerar som en molekylsikt. Med denna metod, de identifierade de fyra översta MOF:erna som visar potentialen att separera propen från propan – två av dem har redan varit kända för att ha en bra prestanda medan de andra två ännu inte har testats för denna applikation experimentellt.

Dr Matthew Dyer, en lektor i kemi och en del av universitetets Leverhulme Research Centre for Functional Materials Design, sade:"MOFs har rönt stort intresse de senaste åren och det finns stora förhoppningar om tekniska tillämpningar, särskilt för flexibla MOFs.

"Vår forskning bidrar till vår kunskap om MOF, varför vissa kan fungera som såll och vilka som visar flexibilitet.

"Med hjälp av en beräkningsmetod, vi kan identifiera flexibla MOF och dessa fynd har potential att göra reningsprocessen mer energieffektiv. Detta är viktigt för tillverkning av högkvalitativa plaster som behöver rena utgångsföreningar som vanligtvis utvinns från gasformiga biprodukter vid petrokemisk bearbetning. "

"Sådana metoder för screening med hög genomströmning kan tillämpas på många olika material med olika potentiella tillämpningar. De har potential att förändra hur vi hittar material för att möta tekniska utmaningar."

Leverhulme Center for Research Centre for Functional Materials Design är ett tvärvetenskapligt forskningscentrum som syftar till att revolutionera designen av nya material. Den sammanför kemisk kunskap med den senaste datavetenskapen för att utveckla ett nytt tillvägagångssätt för design av funktionella material i atomär skala.

Uppsatsen "Differential guest location by host dynamics enhances propylene-propane separation in a metal-organic framework" publiceras i Naturkommunikation .

Uppsatsen "High-Throughput Screening of Metal-Organic Frameworks for Kinetic Separation of Propane and Propene" publiceras Fysikalisk kemi Kemisk fysik .