Пористые наноматериалы, которые в настоящее время используются для разделения и хранения газов, не поддаются настройке: их поры стойкие и жесткие. Сусуму Китагава, Нобухико Хосоно и их коллеги из Института комплексных исследований клеточных материалов (iCeMS) при Киотском университете хотели найти способ динамически изменять размер пор в этом типе материала.
Они разработали пористый координационный полимер, состоящий из атомов меди, связанных лигандами в форме бабочки, сделанными из изофталевой кислоты и фенотиазин-5,5-диоксида. Полученный материал состоял из крошечных наноклеток, каждая с восемью выступающими каналами.
При очень низких температурах каналы, соединяющие наноклетки, были настолько узкими, что эффективно закрывались. По мере повышения температуры каналы открывались все больше и больше, позволяя молекулам газа перемещаться между клетками.
Команда обнаружила, что газ может перемещаться или блокироваться в материале в зависимости от размера молекул газа и того, насколько широки каналы материала при данной температуре. Они также обнаружили, что материал адсорбировал газ при высоких температурах и удерживал его при воздействии температуры окружающей среды, эффективно удерживая газ.
Кроме того, когда исследователи применили газовые смеси к материалу, они обнаружили, что могут разделять газы в зависимости от применяемой температуры.
Например, материал избирательно адсорбировал кислород, когда газовая смесь равных концентраций кислорода и аргона подавалась в течение одного часа при температуре -93 ° C и давлении в один бар. Материал селективно адсорбировал кислород даже тогда, когда концентрация аргона в смеси была значительно выше, чем у кислорода.
«Представленная пористая система, в которой используется прочный каркас с термически активной молекулярной функциональностью, реализует регулируемую по температуре адсорбцию / десорбцию газа с помощью конструкции, в которой локальная гибкость на отверстии играет решающую роль», – заключают исследователи.