Vad är vanligt mellan en teknik för lagring av energi i en solcell och den för vattenrening? De förlitar sig båda på användningen av porösa material, eller mer specifikt, 'nanoporösa' material som kan fånga gasmolekyler i trånga utrymmen på deras yta, kallas porer, som bara är nanometer (en miljarddels meter) stora. I kemiens språkbruk, fenomenet är känt som adsorption och har spelat en viktig roll vid syntesen av porösa material i olika kompositioner, porstorlekar, och till och med pore geometrier.

Traditionellt, aktivt kol (AC, eller en porös form av kol) har varit ett populärt adsorbent för praktiska tillämpningar på grund av dess högre kapacitet för adsorption än andra porösa material. Nyligen, dock, porös bornitrid (p-BN) har framträtt som ett lovande alternativ på grund av dess imponerande prestanda, som framhölls av en ny studie som hävdar att p-BN kan adsorbera en relativt stor mängd koldioxid vid rumstemperatur.

Nu, en grupp forskare från Okayama University och Nagasaki University, Japan, har testat detta påstående i sin senaste studie, där de i detalj undersökte adsorberande egenskaper hos p-BN. "En BN -enhet och två kolatomer (dvs. CC) båda har samma antal elektroner och liknande strukturer, men deras interaktion med gasmolekyler är olika på grund av BN:s atomiskt heterogena natur. Trots detta, Det har gjorts väldigt lite forskning om BN -material. I vår studie, vi ville se om BN har specifika adsorptionsegenskaper som inte kan observeras i kolmaterial, "förklarar Dr. Takahiro Ohkubo från Okayama University, som ledde denna studie publicerad i tidskriften RSC Advances .

Till att börja med, forskarna syntetiserade p-BN-prover vid höga temperaturförhållanden under närvaro av kväve och undersökte deras struktur med röntgendiffraktion, infraröd (IR) spektraanalys, och högupplöst elektronmikroskopi. Proverna skilde sig bara från varandra med avseende på de temperaturer vid vilka de syntetiserades. Medan röntgendiffraktionsdata och IR avslöjade en amorf fas (saknar väldefinierad struktur) BN omfattande hexagonal fas BN (h-BN) mikrokristaller för alla prover, den behandlade vid 1673 K (1400 ° C), kallad p-BN-1673, visade den mest ordnade strukturen. Efter att ha undersökt det under elektronmikroskopet, forskarna fann att detta prov var sammansatt av staplade lager av krökta ark med porer i nanometerstorlek mellan dem.

Forskarna tittade därefter på termogravimetriska kurvor för proverna för att uppskatta deras stabilitet mot oxidation och upptäckte att det var direkt kopplat till syntestemperaturen, med högre temperaturer som medför högre stabilitet. Dessutom, några ytterligare arter av kol och syre infördes i h-BN-kristallramen, särskilt i p-BN-1473, vilket ger upphov till kemiskt aktiva platser för kväveadsorption. Även om dessa arter vanligtvis minskar oxidationsstabiliteten, kristalliniteten för h-BN hjälpte till att bevara den upp till 973 K under normala förhållanden-en egenskap som inte finns i kolbaserade adsorbenter.

Till sist, vid jämförelse av gasadsorptionsförmågan hos p-BN och AC med kväve och argon som adsorbater, forskare observerade att p-BN-porer adsorberade kväve starkare än argon och i relativt mycket större mängd (~ 150%-200%) än AC. De tillskrev denna observation till en ytterligare fysisk interaktion mellan kväve- och p-BN-porer som saknades för argon, och skapandet av adsorptionsställen i p-BN av de impregnerade kol- och syrearterna.

Med dessa resultat, Dr. Ohkubo och team är övertygade om uppkomsten av p-BN som nästa generations adsorberande material. "Med tanke på dess överlägsna oxidationsstabilitet och karaktären av adsorption, vi ser fram emot tillämpningarna av porös BN som ett nytt adsorberande och katalysatorbärande material, särskilt i de fall där användning av koladsorbenter inte är genomförbar, "kommenterar Dr. Ohkubo.

Det verkar som att kol är på väg att gå ur mode på ännu en front.