Tổng hợp vật liệu mao quản bằng CO2 siêu tới hạn
Đã cập nhật: 2 giờ trước
Khung hữu cơ kim loại (MOF) là những tinh thể chứa đầy lỗ xốp nhỏ, có thể ứng dụng trong năng lượng sạch, bắt giữ khí và xử lý nước. Nhiều MOF được tạo ra với thời gian gia nhiệt dài và lượng lớn dung môi hữu cơ, làm tăng chi phí và chất thải.
Phần lớn nghiên cứu của tôi tìm hiểu một lựa chọn khác: dùng carbon dioxide như một công cụ.
CO2 siêu tới hạn là gì?
Khi được giữ trên một nhiệt độ và áp suất nhất định, carbon dioxide trở thành chất siêu tới hạn, có tính chất vừa giống khí vừa giống lỏng. Thêm nó vào chất lỏng có thể làm chất lỏng giãn nở, thay đổi khả năng giữ các chất hòa tan.
Tạo tinh thể theo ý muốn
Trong một nghiên cứu, chúng tôi dùng hiệu ứng này để nhanh chóng tạo ra một MOF trên nền đồng có tên HKUST-1 từ dung dịch chứa lượng dung môi hữu cơ đã giảm đáng kể. Dung dịch vẫn ổn định trong nhiều tháng cho đến khi thêm CO2, và tinh thể sau đó hình thành trong điều kiện nhẹ nhàng: 40 °C và 40 đến 100 bar.
Thay đổi áp suất giúp chúng tôi kiểm soát kích thước tinh thể và hiệu suất. Quá trình này cũng tạo ra các lỗ lớn hơn bên cạnh những lỗ nhỏ tự nhiên, giống như thêm đường cao tốc vào mạng lưới đường nhỏ. Những lối đi lớn hơn này có thể giúp phân tử di chuyển qua vật liệu.
Không phải MOF nào cũng phù hợp
Chúng tôi cũng so sánh phương pháp này với phương pháp thông thường trên một số MOF và vật liệu liên quan khác. Ở các hệ đó, CO2 không tạo thêm lỗ lớn hay cải thiện đáng kể hiệu suất, nhưng có thể ảnh hưởng đến độ kết tinh, kích thước và hình dạng tinh thể. Điều này rất hữu ích vì giúp chỉ ra phương pháp có giá trị nhất ở đâu.
Vì sao điều này quan trọng
Dùng ít dung môi hơn và kiểm soát tốt hơn có thể giúp sản xuất MOF sạch hơn và dễ dự đoán hơn. Thách thức tiếp theo là chứng minh những lợi ích này vẫn được giữ ở quy mô lớn hơn.
Bình luận