높은 선택성으로 가스를 포집하기 위한 대화형 네트워크

연구진은 게이트를 열고 다양한 유사한 가스 분자 중에서 이산화탄소만 흡착하는 새로운 유연한 다공성 물질을 개발했습니다. 출처: Mindy Takamiya/교토대학 iCeMS

작성자: 유라시아 리뷰

"우리의 연구는 다공성 배위 중합체(PCP) 내에서 기공 형상, 구조적 유연성 및 분자 수준 결합 부위를 의도적으로 구성함으로써 탁월한 분자 인식 및 분리 성능을 보여줍니다."라고 교토 대학 연구소 연구팀장인 화학자 기타가와 스스무(Susumu Kitagawa)는 말합니다. 통합 세포 재료 과학을 위한 것입니다.

MOF(금속-유기 프레임워크)라고도 알려진 PCP는 유기(탄소 기반) 링커 그룹에 의해 결합된 금속 이온 또는 클러스터를 가지고 있습니다. 다양한 금속 구성 요소를 선택하고 유기 그룹의 크기와 구조를 조정하면 크기, 구조 및 화학적 결합 능력이 미세하게 제어된 기공을 포함하는 매우 다양한 결정질 물질을 만들 수 있습니다. 그러나 새로운 연구는 그 이상으로 원하는 분자가 결합할 때 적응하는 기공을 가지고 있습니다.

교토 팀의 오타케 켄이치(Ken-ichi Otake)는 "우리는 게이트 역할을 하는 기공을 선택적으로 열어 CO2 분자만 통과할 수 있도록 함으로써 CO2 분자와 상호 작용하고 흡착할 수 있는 주름진 채널 시스템을 갖춘 유연한 PCP를 설계했습니다."라고 말했습니다. CO2를 포집하는 것은 분자의 상대적으로 작은 크기와 많은 흡착 물질에 대한 낮은 친화력 때문에 특히 어렵다고 그는 설명합니다.

CO2와 PCP 간의 상호 작용이 달성하는 기술 용어는 배제 차별 게이팅입니다. 이는 추출 대상으로 선택된 분자(이 경우 CO2)의 결합이 결합을 강화하고 고체상 구조를 열어 결합된 분자가 들어갈 수 있도록 하는 시너지 구조 변화를 시작한다는 것을 의미합니다.

팀은 질소, 메탄, 일산화탄소, 산소, 수소, 아르곤, 에탄, 에텐 및 에틴을 포함하여 산업적으로 중요한 많은 분자를 포함하는 혼합물에서 CO2를 수집하는 데 시스템을 사용하여 시스템의 힘을 보여주었습니다.

이 공정은 선택적 가스 포집 및 재생의 전체 주기에 걸쳐 기존 옵션보다 훨씬 더 에너지 효율적입니다. 이는 저탄소 산업 공정을 지원할 수 있는 보다 지속 가능한 가스 분리 기술 개발에 중요할 수 있습니다. 에너지 효율성은 대기에서 이산화탄소를 추출하려는 대규모 기후 공학 노력에도 필수적입니다. 추출, 방출 및 저장 주기에 전력을 공급하기 위해 대량의 에너지 생성이 필요한 경우 이는 실용적인 옵션이 아닙니다.

연구 보고서의 첫 번째 저자이자 박사후 연구원인 Yifan Gu는 "이 초기 성공을 기반으로 향후 연구는 광범위한 선택적 가스 추출 공정에서 보다 다양한 혁신을 달성할 수 있기를 바랍니다."라고 말했습니다.