Металлоорганические каркасы (MOF) – это относительно новый класс пористых кристаллических материалов с широким спектром применения.
Некоторые MOF могут действовать как молекулярное сито, позволяя одному типу молекул газа из смеси проходить сквозь них, блокируя другие. Например, известно, что некоторые MOF отделяют пропилен от пропана, что является важным процессом при производстве полипропиленовых пластиков, для которых требуется пропилен высокой чистоты.
В первой статье, опубликованной в Nature Communications, исследователи демонстрируют, что в отличие от кухонного сита, эти трехмерные молекулярные сита могут изменять форму пор, и их гибкость жизненно важна для этих характеристик.
Вычислительное моделирование, подтвержденное экспериментальными рентгеновскими данными, показывает, что для одного такого высокоэффективного MOF, называемого KAUST-7, структурные изменения в MOF, вызванные присутствием молекул пропилена и газа пропана, качественно различаются и приводят к более сильной адсорбции. и более быстрый транспорт пропилена, что существенно отсеивает молекулы пропана.
Однако трудно предсказать, какие другие типы MOF обладают такой функциональной гибкостью и, следовательно, также могут быть хороши для данного разделения газов, потому что производительность контролируется конкретными молекулярными взаимодействиями, которые трудно предвидеть или идентифицировать экспериментально.
Во второй статье, опубликованной в Physical Chemistry Chemical Physics, исследователи сосредотачиваются на этой проблеме.
Они разработали метод компьютерного скрининга для оценки более четырех тысяч ранее описанных MOF на предмет их гибкости при работе как молекулярное сито.
Используя этот подход, они определили четыре верхних MOF, которые показывают потенциал для отделения пропилена от пропана – два из них, как уже известно, обладают хорошими характеристиками, а два других еще не были испытаны для этого применения экспериментально.
Д-р Мэтью Дайер, преподаватель химии и сотрудник Исследовательского центра Leverhulme при университете по разработке функциональных материалов, сказал: «В последние годы MOF привлекли значительный интерес, и есть большие надежды на технические приложения, особенно для гибких MOF.
"Наши исследования дополняют наши знания о MOF, почему некоторые из них могут действовать как сита, а какие проявляют гибкость.
«Используя вычислительный подход, мы можем определить гибкие MOF, и эти результаты могут сделать процесс очистки газов более энергоэффективным.
Это важно с точки зрения производства высококачественных пластиков, для которых необходимы чистые исходные соединения, которые обычно извлекаются из газообразных побочных продуктов при нефтехимической переработке. "
"Такие подходы к высокопроизводительному просеиванию могут применяться ко многим различным материалам с различными потенциальными применениями. У них есть потенциал изменить способ поиска материалов для решения технологических задач."