La naturaleza dinámica y la flexibilidad de los tamices moleculares es crucial para comprender su desempeño en el transporte de moléculas pequeñas. Crédito: Universidad de Liverpool
Investigadores de la Universidad de Liverpool y la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah han informado sobre algunos hallazgos interesantes relacionados con los marcos metalorgánicos (MOF), una clase de materiales porosos, que podría beneficiar a una amplia gama de importantes procesos de separación de gases. Los hallazgos se informan en dos artículos de investigación.
Las estructuras metalorgánicas (MOF) son una clase relativamente nueva de materiales cristalinos porosos con una amplia gama de aplicaciones.
Algunos MOF pueden actuar como un tamiz molecular, permitiendo que un tipo de molécula de gas de una mezcla pase mientras bloquea las otras. Por ejemplo, se sabe que algunos MOF separan el propileno del propano, un proceso importante en la fabricación de plásticos de polipropileno para los que se requiere propileno de alta pureza.
En un primer artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza, los investigadores demuestran que, a diferencia de un tamiz de cocina, estos tamices moleculares tridimensionales pueden cambiar la forma de sus poros y su flexibilidad es vital para este rendimiento.
Los cálculos de alto rendimiento de las propiedades de transporte de gas en miles de materiales porosos identifican materiales que muestran potencial para separaciones de gas energéticamente eficientes en la industria química. Crédito: Universidad de Liverpool
El modelado computacional respaldado por datos experimentales de rayos X indica que para uno de esos MOF de alto rendimiento, llamado KAUST-7, los cambios estructurales en el MOF provocados por la presencia de moléculas de gas de propileno y propano son cualitativamente diferentes y dan como resultado una adsorción más fuerte y un transporte más rápido de propileno eliminando así esencialmente las moléculas de propano.
Sin embargo, es difícil predecir qué otros tipos de MOF poseen esta flexibilidad funcional y, por lo tanto, también podrían ser buenos para una separación de gas determinada porque el rendimiento está controlado por interacciones moleculares específicas que son difíciles de anticipar o identificar experimentalmente.
En un segundo artículo publicado en Física Química Física Química, los investigadores se centran en este desafío.
Desarrollaron un enfoque de cribado computacional para evaluar más de cuatro mil MOF informados anteriormente por su flexibilidad cuando actúan como un tamiz molecular. Usando este enfoque, identificaron los cuatro MOF principales que muestran el potencial de separar el propileno del propano; ya se sabe que dos de ellos tienen un buen rendimiento, mientras que los otros dos aún no se han probado para esta aplicación de manera experimental.
El Dr. Matthew Dyer, profesor de Química y parte del Centro de Investigación de Leverhulme para el Diseño de Materiales Funcionales de la Universidad, dijo: “Los MOF han atraído un interés considerable en los últimos años y hay grandes esperanzas de aplicaciones técnicas especialmente para MOF flexibles.
“Nuestra investigación se suma a nuestro conocimiento de los MOF, por qué algunos pueden actuar como tamices y cuáles muestran flexibilidad.
“Utilizando un enfoque computacional, podemos identificar MOF flexibles y estos hallazgos tienen el potencial de hacer que el proceso de purificación de gases sea más eficiente energéticamente. Esto es importante en términos de la fabricación de plásticos de alta calidad que necesitan compuestos de partida puros que normalmente se extraen de subproductos gaseosos en el procesamiento petroquímico. ”
“Estos enfoques de cribado de alto rendimiento se pueden aplicar a muchos materiales diferentes con distintas aplicaciones potenciales. Tienen el potencial de cambiar la forma en que encontramos materiales para enfrentar los desafíos tecnológicos “.
Referencias:
“La ubicación diferencial del huésped por la dinámica del anfitrión mejora la separación de propileno / propano en un marco orgánico metálico” por Dmytro Antypov, Aleksander Shkurenko, Prashant M. Bhatt, Youssef Belmabkhout, Karim Adil, Amandine Cadiau, Mikhail Suyetin, Mohamed Eddaoudi, Matthew J. Rosseinsky y Matthew S. Dyer, 30 de noviembre de 2020, Comunicaciones de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41467-020-19207-9
“Cribado de alto rendimiento de estructuras metalorgánicas para la separación cinética de propano y propeno” por Yohanes Pramudy, Satyanarayana Bonakala, Dmytro Antypov, Prashant M. Bhatt, Aleksander Shkurenko, Mohamed Eddaoudi, Matthew J. Rosseinsky y Matthew S. Dyer, 6 Octubre de 2020, Física Química Física Química.
DOI: 10.1039 / D0CP03790G
El Leverhulme Center for Research Center for Functional Materials Design es un centro de investigación interdisciplinario que tiene como objetivo revolucionar el diseño de nuevos materiales. Reúne el conocimiento químico con la informática de última generación para desarrollar un nuevo enfoque para el diseño de materiales funcionales a escala atómica.
