Ученые обнаружили первую в своем роде молекулу, поглощающую парниковые газы

«Клетка из клеток» — так ученые описали новый тип пористого материала, уникальный по своей молекулярной структуре, который можно использовать для улавливания углекислого газа и другого, более мощного парникового газа.

Синтезированный в лаборатории исследователями из Великобритании и Китая, материал создается в два этапа: в ходе реакций сборка строительных блоков треугольной призмы в более крупные и симметричные тетраэдрические клетки создает первую молекулярную структуру такого рода, утверждает команда. p>

Полученный материал с обилием полярных молекул притягивает и удерживает парниковые газы, такие как углекислый газ (CO₂), с сильным сродством. Он также показал превосходную стабильность в воде, что имеет решающее значение для его использования при улавливании углерода в промышленных условиях из потоков влажного или влажного газа.

«Это захватывающее открытие», — говорит Марк Литтл, специалист по материалам. ученый из Университета Хериот-Ватт в Эдинбурге и старший автор исследования, «потому что нам нужны новые пористые материалы, которые помогут решить самые большие проблемы общества, такие как улавливание и хранение парниковых газов».

Хотя лабораторные эксперименты не проводились в масштабе, они показали, что новый материал, похожий на клетку, также обладает высоким поглощением гексафторида серы (SF ₆), который, по данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата, является самым мощным парниковым газом.

Где CO₂ задерживается в атмосфере на 5–200 лет. , SF₆ может существовать от 800 до 3200 лет. Таким образом, хотя уровни SF₆ в атмосфере намного ниже, его чрезвычайно длительный срок службы дает SF₆ потенциал глобального потепления примерно в 23 500 раз больше, чем у CO_{2 при сравнении за 100 лет.}

Удаление больших количеств SF₆ и CO₂ из атмосферы или предотвращение их попадания в атмосферу Во-первых, это то, что нам срочно необходимо сделать, чтобы справиться с изменением климата.

По оценкам исследователей, нам необходимо ежегодно извлекать около 20 миллиардов тонн CO2, чтобы компенсировать наши выбросы углерода, которые имеют тенденцию только к увеличению.

На данный момент стратегии удаления углерода удаляют около 2 миллиардов тонн в год, но в основном это делают деревья и почвы. Лишь около 0,1 процента удаления углерода, около 2,3 миллиона тонн в год, достигается благодаря новым технологиям, таким как прямой захват воздуха, при котором для поглощения CO₂ из воздуха используются пористые материалы.

Исследователи заняты разработкой новых материалов для улучшения прямого улавливания воздуха, чтобы сделать его более эффективным и менее энергоемким, и этот новый материал может стать еще одним вариантом. Но чтобы предотвратить наихудшие последствия изменения климата, нам необходимо сокращать выбросы парниковых газов быстрее, чем это возможно в настоящее время с помощью зарождающихся технологий.

Тем не менее, нам нужно сделать все возможное для решения этой глобальной проблемы. Однако создать материал такой высокой структурной сложности было непросто, даже если молекулы-предшественники технически собираются сами.

Эта стратегия называется супрамолекулярной самосборкой. Он может создавать химически взаимосвязанные структуры из более простых строительных блоков, но требует некоторой тонкой настройки, поскольку «лучшие условия реакции часто не интуитивно очевидны», — объясняют Литтл и его коллеги в своей опубликованной статье.

Чем более сложное чем конечная молекула, тем сложнее ее синтезировать, и в этих реакциях может произойти больше молекулярного «скремблинга».

Чтобы разобраться в этих невидимых в противном случае молекулярных взаимодействиях, исследователи использовали моделирование, чтобы предсказать, как их стартовые молекулы будет собираться в этот новый тип пористого материала. Они учли геометрию потенциальных молекул-предшественников, а также химическую стабильность и жесткость конечного продукта.

Помимо способности поглощать парниковые газы, исследователи предполагают, что их новый материал также можно использовать для удаления других токсичных газов. пары из воздуха, такие как летучие органические соединения, которые легко превращаются в пары или газы с поверхностей, в том числе внутри новых автомобилей.

«Мы рассматриваем это исследование как важный шаг на пути к открытию таких приложений в будущем, » Мало что говорит.

Исследование опубликовано в журнале Nature Synthesis.