Новосибирские ученые научились создавать более емкие пористые материалы для хранения метана в автотранспорте

Ученые из лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем НГУ, сотрудники Института катализа СО РАН Даниил Колоколов и Александр Степанов совместно с иностранными учеными создали серию нанопористых металл - органических каркасов — сорбентов с оптимальными параметрами хранения природного газа.
Новосибирские ученые внесли существенный вклад в понимание механизма адсорбции и научились прогнозировать оптимальное строение каркаса для создания материала с рабочей емкостью метана. По словам ученых, данные материалы можно использовать для массовой газификации транспорта. Научная статья была опубликована в журнале Американского химического общества (JACS).
Исследование направлено на решение двух задач: очистку и хранение природного газа. После добычи метан нужно очистить от примесей – неуглеродных веществ и более тяжелых углеродов. Это трудоемкий процесс, основной этап которого состоит в разделении газовой смеси на чистые компоненты при помощи пористых сорбентов. Эффективность сорбента напрямую влияет на общие затраты. Вторая задача связана с возможностью использования метана в качестве топлива в транспорте. Для этого также необходимы сорбенты нового типа – легкие и обладающие высокой рабочей емкостью.
В научной статье ученые описывают новые металл-органические каркасы для хранения метана, созданные при помощи направленного дизайна. Это новый тип пористых синтетических материалов, представляющих из себя кристаллическую структуру — неорганический узел из оксида металла, который связан органическими мостиками (линкерами). Использование этих материалов позволит значительно уменьшить размеры и вес хранилища, а значит, использовать природный газ в качестве автотоплива.

Новосибирские ученые показали, что подвижность органических линкеров напрямую влияет на емкость хранения метана. При быстром вращении фрагментов каркаса доступный для метана объем пор сокращается. Создание материала со схожим размером пор, но с замороженной подвижностью каркаса позволило увеличить емкость метана сразу на 10 %. Материалы, которые получили ученые в процессе работы, позволяют хранить метан для использования в автотранспорте уже при давлении 65 атмосфер.
Как уточнил Даниил Колоколов, работа с иностранными учеными ведется с 2015 года, и на сегодняшний день коллективу удалось достичь важных результатов. Это исследование имеет большое значение как для дальнейшего развития химии новых материалов, так и для всего населения: перевод транспорта на метановое топливо позволит сократить вредные выбросы от автотранспорта и снизить стоимость перевозок.

 Текст статьи «Porous Metal–Organic Polyhedral Frameworks with Optimal Molecular Dynamics and Pore Geometry for Methane Storage» доступен по ссылке: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.7b05453

Исследование выполнено при поддержке Российского Научного Фонда (проект № 17-73-10135).