De hårt definierade förhållandena mellan metaller i MOF gör dem till idealiska utgångsmaterial för att skapa nya katalysatorer.

Att värma bimetalliska metalliska organiska ramverk (MOF) tills deras porösa struktur kollapsar till nanopartiklar kan vara ett mycket effektivt sätt att tillverka katalysatorer. Denna nya metod för katalysatordesign har nu använts av KAUST och spanska forskare för att göra en robust katalysator som omvandlar koldioxid (CO ₂ ) till kolmonoxidgas (CO) med oöverträffad selektivitet.

Fördelen med denna metod som banat väg för KAUST är att den kan generera blandade metallkatalytiska nanopartiklar som har visat sig vara utmanande eller omöjliga att tillverka på konventionellt sätt.

Fånga CO ₂ utsläpp och katalytisk omvandling av växthusgasen till CO, ett värdefullt kemiskt råmaterial, är ett alternativ för att minska växthusgaser i samband med klimatförändringar. Ädelmetaller kan katalysera denna reaktion, men de är dyra och förråden är begränsade, säger Samy Ould-Chikh, en forskningsingenjör i KAUST.

"Järnoxidkatalysatorer är ett billigt alternativ, "Säger Ould-Chikh." Men i närvaro av CO, järnet är uppkolat och bildar järnkarbid, vilket leder till bildning av biprodukter och deaktivering av katalysator. "

Tillsats av titan till katalysatorpartiklarna kan stabilisera järnoxid mot uppkolning. Kemisk inkompatibilitet mellan järn- och titanprekursorer, dock, hade gjort det omöjligt att syntetisera nanopartiklar som innehåller en homogen blandning av de två metallerna i det nödvändiga förhållandet. För att övervinna denna begränsning, laget vände sig till MOF, porösa material tillverkade av metalljoner förbundna med kolbaserade länkar.

"Användningen av MOF:er gör det möjligt för oss att perfekt kontrollera järn-titanförhållandet på moder-MOF, " säger forskningsingenjör Adrian Ramirez Galilea. Uppvärmning bryter ned den organiska delen av MOF, lämnar de två metallerna bakom, homogent blandad i önskat förhållande och i rena oktaedriska nanopartiklar som speglar strukturen hos moder-MOF.

Nanopartiklarna omvandlade CO ₂ till CO med 100 procent selektivitet, utan tecken på avaktivering efter flera dagars användning. "Våra första beräkningar föreslog att nanopartiklar med sådana atomära förhållanden skulle kunna göra jobbet; dock, resultaten översteg långt våra ursprungliga förväntningar, " säger Gascon.

Förutom att fortsätta att utforska egenskaperna och reaktiviteten hos järn-titan nanokatalysatorn, teamet undersöker andra metallkatalysatorsystem tillverkade av MOF på samma sätt. "Användningen av MOF öppnar vägen för att syntetisera nya katalysatorer som inte var möjliga att göra med konventionella metoder, " säger Ramirez Galilea.

"Vi tittar på olika metallkombinationer för applikationer som sträcker sig från traditionell termisk katalys till foto- och fototermisk katalys, " tillägger Jorge Gascon, som ledde forskningen. "Den här tidningen är bara toppen av isberget."