Nya kemiska strukturer tar effektivt bort koldioxid från gasblandningar

Upptäckten av en ny familj av kemiska strukturer skulle kunna öka värdet av biogas och naturgas som innehåller koldioxid. Det visar en studie som idag publiceras i Nature. Materialen med de nya kemiska strukturerna, som kallas zeoliter, har små hålrum som kan fånga in koldioxid mer effektivt från bränslegaser än tidigare kända strukturer.

Zeoliter är porösa kristallina aluminumsilikater vars hålrum är lika stora som små molekyler. Befintliga zeoliter används i stor utsträckning i industriella processer som involverar separation av gas och katalytisk omvandling, som att till exempel avskilja kväve och koldioxid från luft för att generera syre i sjukhus och flygplan.

– För att kunna förstå funktionen och utveckla nya zeoliter måste man veta hur dessa strukturer är uppbyggda. Det är fortfarande ett lågt antal zeoliter som används kommersiellt. Ett av syftena med att söka efter nya strukturer är för att öka det kommersiella användandet, säger professor Xiaodong Zou vid Institutionen för material- och miljökemi, Stockholms universitet som, tillsammans med ett internationellt forskarlag från Sydkorea, Sverige och Storbritannien, skapat de nya zeoliterna.

Studien presenterar inte bara strukturlösning av mycket komplicerade kemiska föreningar. Forskarna har också förutspått en familj av nya komplicerade zeolitföreningar med väldefinierade egenskaper och lyckats framställa dessa.

– Förutom att vara de mest komplexa zeoliter som är kända idag, med utsökta strukturer, har de också egenskaper som snabbt och selektivt absorberar koldioxid vilket är det första steget i separation av koldioxid från gasblandningar, säger Xiaodong Zou.

Teoretiskt har man föreslagit många miljoner nya hypotetiska zeolitstrukturer. Problemet är att det inte finns tillräckligt stor kunskap om hur dessa strukturer ska kunna framställas i verkligheten. Hittills har nya material upptäckts oförutsägbart som mikrokristallina pulver. Dessutom är det mycket tidskrävande att lösa deras strukturer, oftast genom icke rutinmässiga metoder.

– Vårt första steg var att lösa strukturen av en zeolit som framställdes för decennier sedan, men vars komplexitet har trotsat alla tidigare försök att lösa strukturen. Det andra, och lika viktiga steget, var att den nya metoden visade sig kunna förutspå existensen av en ny familj av närbesläktade zeoliter. Nyckeln till denna framgång har varit de elektronkristallografiska metoder vi utvecklat för att knäcka koden till denna familj, säger Xiaodong Zou.

Om studien
Studien stöds av Vetenskapsrådet och VINNOVA genom projektbidraget ”Berzelii Center EXSELENT på porösa material” samt Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse genom projektbidraget ”3DEM-NATUR” och Röntgen-Ångström Cluster genom projektbidraget ”MATsynCELL”.

Länk till artikeln http://dx.doi.org/10.1038/nature14575

För ytterligare information
Xiaodong Zou, professor i oorganisk kemi och strukturkemi vid Institutionen för material- och miljökemi, Stockholms universitet, tfn 0762-16 88 20, e-post xzou@mmk.su.se