Vật liệu tổng hợp lập kỷ lục thế giới mới về diện tích bề mặt lớn nhất

Anonim

Vật liệu tổng hợp lập kỷ lục thế giới mới về diện tích bề mặt lớn nhất

Khoa học

Adam Williams

Ngày 11 tháng 9 năm 2012

MOF bao gồm các liên kết hữu cơ được giữ bởi các nguyên tử kim loại và điều này dẫn đến một cấu trúc giống như lồng phân tử giống như mô hình trên của NU-110 (Ảnh: Đại học Tây Bắc)

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Tây Bắc, Illinois, đã phá vỡ kỷ lục thế giới trong việc tạo ra hai vật liệu tổng hợp, có tên NU-109 và NU-110, có diện tích bề mặt lớn nhất của bất kỳ vật liệu nào cho đến nay. Để đặt điều này vào viễn cảnh: nếu người ta có thể lấy một tinh thể NU-110 có kích thước bằng một hạt muối, và bằng cách nào đó mở ra, diện tích bề mặt sẽ bao phủ một máy tính để bàn. Ngoài ra, diện tích bề mặt bên trong chỉ một gram vật liệu mới sẽ bao phủ các sân bóng đá một rưỡi.

Các vật liệu tổng hợp NU-109 và NU-110 thuộc về một loại hợp chất tinh thể được gọi là khung kim loại hữu cơ (MOF). MOF được cho là có tiềm năng đáng kể như các tàu để vận chuyển và lưu trữ khí đốt tự nhiên, chất xúc tác và hóa học vật liệu bền vững khác.

Nhóm nghiên cứu của Đại học Tây Bắc, dẫn đầu bởi Omar Farha, phó giáo sư nghiên cứu hóa học tại Đại học Khoa học và Nghệ thuật Weinberg, đã tổng hợp, mô tả và mô phỏng tính toán hành vi của NU-109 và NU-110 MOF. Các vật liệu được phân tích bằng lý thuyết Brunauer - Emmett - Teller (BET) và được tìm thấy để đo 7.000 m2 / g. Điều này có nghĩa rằng một kg (2.2 lb) của vật liệu mới chứa một diện tích bề mặt bên trong mà có thể bao gồm bảy km vuông (2, 7 dặm vuông) - diện tích bề mặt cao nhất của bất kỳ vật liệu xốp được ghi nhận.

Các nhà khoa học đã có được quyền truy cập vào khu vực bề mặt cao không thể tiếp cận được của vật liệu xốp NU-109 và NU-110 bằng cách loại bỏ các phân tử dung môi đã bị mắc kẹt trong lỗ chân lông của vật liệu. Điều này được thực hiện với việc sử dụng kỹ thuật kích hoạt carbon dioxide, loại bỏ nhẹ dung môi và tránh làm hỏng vật liệu MOF.

Các nhà nghiên cứu tin rằng công việc của họ có thể dẫn đến những tiến bộ hơn nữa trong nghiên cứu của MOF và họ nhằm mục đích cuối cùng vượt quá gấp đôi diện tích bề mặt hiện tại của vật liệu NU-109 và NU-110. Để điều này xảy ra, thiết kế của MOF sẽ yêu cầu thay đổi ở cấp độ phân tử: MOF bao gồm các liên kết hữu cơ được giữ bởi các nguyên tử kim loại và điều này dẫn đến cấu trúc giống như lồng phân tử. Do đó, nhóm đề xuất sử dụng các loại trình liên kết hiệu quả hơn về không gian trong thiết kế của vật liệu.

Một bài báo mô tả các phát hiện có tiêu đề Vật liệu khung kim loại hữu cơ với các diện tích bề mặt cực cao: Bầu trời có phải là giới hạn không? Công nghệ NuMat.

Nguồn: Đại học Tây Bắc

MOF bao gồm các liên kết hữu cơ được giữ bởi các nguyên tử kim loại và điều này dẫn đến một cấu trúc giống như lồng phân tử giống như mô hình trên của NU-110 (Ảnh: Đại học Tây Bắc)