Liderado pela Universidade de Manchester, uma equipe internacional de cientistas desenvolveu um material de estrutura metal-orgânica (MOF) que exibe uma seletiva, capacidade totalmente reversível e repetível para remover gás dióxido de nitrogênio da atmosfera em condições ambientais. Esta descoberta, confirmado por pesquisadores usando espalhamento de nêutrons no Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia, pode levar a tecnologias de filtragem de ar que capturam e convertem de maneira econômica grandes quantidades de gases direcionados, incluindo dióxido de carbono e outros gases de efeito estufa, para facilitar seu sequestro de longo prazo para ajudar a mitigar a poluição do ar e o aquecimento global.

Conforme relatado em Materiais da Natureza , o material denotado como MFM-300 (Al) exibiu o primeiro reversível, captura seletiva de dióxido de nitrogênio em pressões e temperaturas ambientes - em baixas concentrações - na presença de umidade, dióxido de enxofre e dióxido de carbono. Apesar da natureza altamente reativa do dióxido de nitrogênio, o material MFM-300 (Al) provou ser extremamente robusto, demonstrando a capacidade de ser totalmente regenerado, ou desgaseificado, várias vezes sem perda de cristalinidade ou porosidade.

"Este material é o primeiro exemplo de uma estrutura metal-orgânica que exibe uma capacidade altamente seletiva e totalmente reversível para a separação repetida de dióxido de nitrogênio do ar, mesmo na presença de água, "disse Sihai Yang, um dos principais autores do estudo e professor de química inorgânica na Escola de Química de Manchester.

Professor Martin Schröder, outro autor principal da Manchester Chemistry, comentou, "Outros estudos de diferentes materiais porosos frequentemente descobriram que o desempenho foi degradado em ciclos subsequentes pelo dióxido de nitrogênio, ou que o processo de regeneração foi muito difícil e caro. "

Como parte da pesquisa, os cientistas usaram técnicas de espalhamento de nêutrons no Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia para confirmar e caracterizar precisamente como o MFM-300 (Al) captura moléculas de dióxido de nitrogênio.

"Os nêutrons podem penetrar facilmente em materiais densos e são sensíveis a elementos mais leves, como os átomos de hidrogênio dentro do MFM, que nos permitiu observar como as moléculas de dióxido de nitrogênio estão confinadas nos poros de tamanho nanométrico, "disse Timmy Ramirez-Cuesta, um co-autor e coordenador da iniciativa de química e catálise na Diretoria de Ciências de Nêutrons do ORNL. "Nós nos beneficiamos da sensibilidade extremamente alta e dos dados quantitativos fornecidos pelo instrumento de espectroscopia vibracional VISION na linha de luz 16-B do ORNL na Fonte de Nêutrons de Espalação, que usa nêutrons em vez de fótons para sondar vibrações moleculares. "

A capacidade de observar diretamente como e onde o MFM-300 (Al) captura o dióxido de nitrogênio está ajudando os pesquisadores a validar um modelo de computador do processo de separação de gases do MOF, o que poderia ajudar a identificar como produzir e adaptar outros materiais para capturar uma variedade de gases diferentes.

"A modelagem e simulação de computador desempenharam papéis críticos na interpretação dos dados de espalhamento de nêutrons, ajudando-nos a conectar mudanças sutis nos espectros vibracionais às interações entre o MFM-300 e as moléculas presas, "disse Yongqiang Cheng, um cientista e co-autor do espalhamento de nêutrons ORNL. "Nosso objetivo é integrar o modelo com técnicas experimentais para entregar resultados que de outra forma seriam difíceis de alcançar."

Capturar gases de efeito estufa e gases tóxicos da atmosfera sempre foi um desafio, por causa de suas concentrações relativamente baixas e a presença de umidade no ar, o que pode afetar negativamente a separação das moléculas de gás alvo de outros gases. Outro desafio foi encontrar uma maneira prática de liberar um gás capturado para sequestro de longo prazo, como em reservatórios subterrâneos de petróleo esgotados ou formações rochosas salinas. MOFs oferecem soluções para muitos desses desafios, razão pela qual são objeto de investigações científicas recentes.

A equipe de pesquisa envolveu cientistas de instituições em cinco nações, incluindo a Universidade de Nottingham, Universidade de Newcastle upon Tyne, Universidade de Nottingham Ningbo China, Universidade de Pequim, o Centro Internacional de Tomografia SB RAS, Novosibirsk State University, e a Instalação Européia de Radiação Síncrotron em Grenoble.

Co-autores adicionais do artigo, intitulado "Adsorção reversível de dióxido de nitrogênio em uma estrutura metal-orgânica porosa robusta, "incluem Xue Han, Harry G.W. Godfrey, Lydia Briggs, Andrew J. Davies, Luke L. Daemen, Alena M. Sheveleva, Floriana Tuna, Eric J. L. McInnes, Junliang Sun, Christina Drathen, Michael W. George, e K. Mark Thomas.