Группа учёных из Ноттингемского и Ньюкаслского университетов (Великобритания) разработала металлоорганические каркасные структуры, по форме напоминающие пчелиные соты, которые позволяют осуществлять адсорбцию и десорбцию CO2 при значительно более низких температурах, чем обычно.

Новый материал, названный NOTT-202a, адсорбирует CO2 при подаче газа под давлением, а десорбция происходит просто при сбрасывании созданного избыточного давления. При этом другие газы, такие как водород, азот и метан, проходят без задержки. NOTT-202a позволяет избежать применения токсичных аммиачных растворов, использование которых является краеугольным камнем всех традиционных методов фиксации диоксида углерода. Кроме того, обычно высвобождение захваченного CO2 требует нагревания полученного карбоната аммония до разложения, что опять-таки ведёт к образованию токсичных паров аммиака (или органических аминов), а заодно и к энергопотерям.

Органический лиганд, использованный в данной работе (здесь и далее иллюстрации Nature Materials).

По словам одного из руководителей исследования профессора Мартина Шрёдера из Ноттингемского университета, более всего любопытна структура нового материала, который состоит из двух взаимопроникающих каркасов органических лигандов, образующих комплексные соединения с центральным атомом индия. При этом один из каркасов содержит дефекты, чтобы обеспечить больше места для молекул CO2. Взаимное проникновение пористых сеток означает более тесное взаимодействие между пористыми стенками — а значит, обеспечивается усиленное взаимодействие с газом.

В каком-то смысле в сказанном выше есть противоречие: утверждается, что за счёт взаимопроникновения двух каркасов в материале создаются достаточно узкие поры для обеспечения максимального взаимодействия с газом, но одновременно с этим, легко догадаться, поры должны быть достаточно большими, чтобы удерживать как можно больше газа.

Эволюция материала (слева направо): от простого комплекса к каркасу — вплоть до двойного взаимопроникновения каркасов.

Для нахождения оптимальной комбинации (едва ли не соломонового решения) учёным пришлось прибегнуть к помощи компьютерного моделирования, протестировав различные варианты дизайна нового материала на способность поглощать и удерживать CO2, и только затем самый удачный из расчётных вариантов был воплощён в жизнь.