Невероятные кристаллы, которые могут очистить нашу планету
Некоторые дети никогда не перерастают свою любовь к игрушкам-конструкторам. Австралийский химик Мэтью Хилл использовал эту любовь для построения блестящей карьеры – он уменьшил Лего-блок до атомного размера. Кристаллические материалы, полученные им в своей лаборатории, принесли ему премию Малькольма Макинтоша по физике за 2014 год. Эти кристаллы могут решить некоторые из самых больших проблем на Земле, впитывая CO2 из выбросов электростанций, действуя в качестве газовых баллонов для будущих видов топлива, или очищая воду от загрязнений.
Хилл в последнее десятилетие изучал кристаллы, известные как
металл-органические структуры (MOF). Они выглядят как обычные белые кристаллы
соли, но рентгеновские лучи раскрывают их тайну. MOF кристаллы в основном суть
пустое пространство — они в 10 раз более пористы, чем что-либо ещё на нашей
планете. Они являются губками атомного мира — назовите любой газ, и они его
впитают.
Рентгенограмма MOF кристалла напоминает скелет, в котором роль костей играют
органические соединения, а металлы – роль суставов. Образовавшиеся пустоты
представляют собой клетки – нанохранилища – для различных веществ.
Используя различные металлические и органические компоненты, Хилл может настроить
эти клетки для различных целей. Для хранения водорода требуются более мелкие
пустоты, чтобы клетки плотно прилегали к молекулам газа. Такой способ хранения
водорода более безопасен, чем хранение в виде сжатого газа в резервуаре,
который может взорваться.
MOF кристаллы обладают некоторыми смарт свойствами: они могут реагировать на
определённые раздражители. Представьте себе материал, который впитывает CО2 из
дымовых газов силовой установки, а затем, под воздействием солнечного света
высвобождает захваченные парниковые газы для хранения. При этом MOF могут
выделять захваченные ранее газы с эффективностью около 80%.
Когда первый MOF материал поступил в продажу несколько лет назад, он
стоил около 100 долларов за грамм. Хилл сконструировал проточный реактор для
производства MOF с заданными свойствами, и ожидает, что тот уменьшит цены в
10.000 раз. После того, как наладят производство в промышленных масштабах,
можно ожидать широкое применение MOF материалов в различных отраслях.
В дополнение к хранению газа у MOF материалов есть еще одно полезное
свойство. Благодаря своей регулярной структуре с отверстиями одинакового
размера по всему объёму, они представляют собой отличные сита, и способны,
например, проводить настолько глубокую фильтрацию, что могут получать пресную
воду из морской.
По мнению Хилла, использование MOF материалов «ограничено только нашим
воображением и нашими способностями как химиков».
Комментариев нет:
Отправить комментарий