Separar gases como o hidrogênio de compostos maiores no ar é uma parte importante da fabricação e produção de energia. Mas também é um processo caro, exigindo grandes quantidades de energia e uma rede complicada de maquinários pesados ​​para ser lucrativo.

Yaroslav Filinchuk, um professor de química da Universite Catholique de Louvain, Bélgica, e Michael Heere, pesquisador do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe e afiliado do reator de pesquisa Forschungsreaktor München II em Munique, Alemanha, pode ter uma solução para este problema. Usando espalhamento de nêutrons no Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia (DOE), Filinchuk e Heere estão investigando um material que pode mudar a maneira como coletamos materiais industriais valiosos.

"Temos um material único. É o primeiro material de hidreto de metal poroso em sua classe única, "disse Filinchuk." Temos uma amostra aqui [Mg (BH ₄ ) ₂ ], e estamos tentando expô-lo a diferentes gases para ver se podemos entender melhor como ele absorve esses gases. "

Um hidreto de metal complexo é um material composto feito de átomos unidos de hidrogênio e metal. Hidretos metálicos são comuns em certas baterias, onde são usados ​​para armazenar hidrogênio. Mas os poros do boro-hidreto de magnésio o tornam uma ferramenta particularmente boa para armazenamento de hidrogênio, permitindo que a substância absorva uma grande quantidade de hidrogênio - mais do que o dobro da quantidade encontrada no hidrogênio líquido. O que mais, esses poros têm o tamanho perfeito para filtrar moléculas como criptônio e xenônio um do outro ou de compostos maiores, potencialmente eliminando a necessidade de equipamentos de refrigeração pesados ​​atualmente usados ​​para resfriar, capturar, separado, e armazenar gases industriais.

"Quando você tem algo que pode armazenar tanto hidrogênio e potencialmente isolar valiosos gases industriais, é muito emocionante, "disse Heere.

Os nêutrons são particularmente adequados para este tipo de pesquisa porque podem penetrar profundamente hidretos de metal complexos como o Mg (BH ₄ ) ₂ e são extremamente sensíveis a elementos leves como o hidrogênio.

Usando o difratômetro de nêutrons de grande angular (WAND) recentemente atualizado ² ), linha de luz HB-2C, no reator de isótopo de alto fluxo (HFIR) de ORNL, Filinchuk e Heere podem localizar com precisão as moléculas de hidrogênio conforme elas interagem com a superfície do material, mesmo quando essas partículas são obscurecidas por átomos maiores dentro do composto de hidreto de metal.

"Este é um novo tipo de experimento para nós. Somos capazes de estudar essas interações em detalhes sem precedentes por causa das atualizações que fizemos, que incluem a instalação de um novo detector, que melhoraram a eficiência do instrumento por um fator de 15, "disse o cientista de instrumentos Matthias Frontzek.

"Os nêutrons nos dão uma impressão muito boa do que está acontecendo com a nossa substância e os gases aos quais estamos expondo. Podemos ver as moléculas entrando e saindo do Mg (BH ₄ ) ₂ os poros como chaves passando por uma fechadura, "acrescentou Filinchuk.

Este experimento é particularmente desafiador, apresentando uma série de riscos técnicos exclusivos que a equipe do ORNL teve que levar em consideração ao ajudar Filinchuk e Heere a preparar seu projeto.

"Oak Ridge National Lab é o tipo de lugar onde você pode fazer esses experimentos complicados acontecerem. As pessoas estão dispostas a investir seu tempo para ajudar os usuários a fazer ciência desafiadora com segurança, "explicou o cientista de instrumentos Simon Kimber.

Enquanto Filinchuk e Heere observam que ainda há muito mais pesquisas a serem feitas antes de terem uma compreensão abrangente do que é Mg (BH ₄ ) ₂ é capaz de, eles esperam que seus dados tenham impacto.

"Adoraríamos dar uma contribuição significativa não apenas para a indústria, mas também para o campo da ciência material em geral, "disse Heere.