Echtzeit-Analyse des MOF-Adsorptionsverhaltens

24.06.2019

KAIST

Schematische Darstellung von Molekülen, die an metallorganischen Gerüsten mit unterschiedlichen Poren verschiedener Strukturen adsorbiert wurden, wobei die In-situ-Röntgenkristallographie entwickelt wurde, um jede Porenstruktur zu klassifizieren und die Position des Moleküls zu analysieren, um die Menge der an jeder Pore adsorbierten Moleküle zu bestimmen.

Forscher haben eine Technologie entwickelt, um das Adsorptionsverhalten von Molekülen in jeder einzelnen Pore eines metallorganischen Gerüsts (MOF) zu analysieren. Dieses System verfügt über große spezifische Oberflächen, die eine Echtzeit-Beobachtung des Adsorptionsprozesses eines MOF ermöglichen, einem neuen Material, das zum Sortieren von Kohlendioxid, Wasserstoff und Methan geeignet ist.

Genaue Messungen und Beurteilungen von Gasadsorptionsisothermen sind wichtig für die Charakterisierung poröser Materialien und die Entwicklung ihrer Anwendungen. Die bestehende Technologie ist nur in der Lage, die Menge der am Material adsorbierten Gasmoleküle zu messen, ohne das Adsorptionsverhalten direkt zu beobachten.

Das Forschungsteam um Professor Jeung Ku Kang von der Graduate School of Energy, Environment, Water and Sustainability (EEWS) schuf ein Echtzeit-Gasadsorptionskristallographie-System, indem es ein bestehendes Röntgenbeugungs-(XRD)-Messgerät, das Strukturinformationen liefern kann, und ein Gasadsorptionsmessgerät integrierte.

Insbesondere erlaubte das System die Beobachtung eines mesoporösen MOF, das mehrere Poren und nicht eine einzige Porenstruktur aufweist. Das Forschungsteam kategorisierte das Adsorptionsverhalten von MOF-Molekülen nach Porentyp, gefolgt von Beobachtungen und Messungen, was zur Identifizierung eines stufenweisen Adsorptionsprozesses führte, der bisher nicht zu analysieren war.

Darüber hinaus analysierte das Team systematisch und quantitativ, wie sich die Porenstruktur und die Art des Adsorptionsmoleküls auf das Adsorptionsverhalten auswirken, um vorzuschlagen, welche Art von MOF-Struktur als Speichermaterial für jede Art von Adsorptionsverhalten geeignet ist.

Professor Kang sagte: "Wir haben jedes Porenmolekül in Echtzeit quantitativ analysiert, um die Auswirkungen der chemischen und strukturellen Eigenschaften der Poren auf das Adsorptionsverhalten zu identifizieren." Er fuhr fort: "Indem wir das Echtzeit-Adsorptionsverhalten von Molekülen auf der Ebene der Poren, aus denen das Material besteht, und nicht auf der Ebene des gesamten Materials verstehen, werden wir diese Technologie nutzen können, um ein neues Hochleistungsspeichermaterial zu entwickeln".

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Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)

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