Nowy materiał przechwytuje tlen z powietrza

Badacze z Uniwersytetu Południowej Danii zsyntetyzowali krystaliczne materiały, które potrafią wiązać i zmagazynować tlen w wysokim stężeniu.  Zmagazynowany tlen może być, w razie potrzeby, wykorzystany w dowolnym czasie i miejscu.

Tlen

Rys.1 Etykieta ostrzegawcza dla tlenu jako łatwopalnej substancji

Wystarcza nam 21% zawartości tlenu w powietrzu wokół nas. Jednak czasami potrzebujemy go w większym stężeniu. Chorujący na płuca muszą dźwigać ciężkie zbiorniki tlenowe, samochody używające ogniw paliwowych wymagają regulowanego dopływu tlenu.  Być może kiedyś, w przyszłości, zostaną stworzone odwracalne ogniwa paliwowe  dla pojazdów wykorzystujących energię słoneczną.  Z nich będziemy musieli oddzielić tlen  od wodoru w celu rekombinacji, by uzyskać energię.

Profesor Christine McKenzie i doktor Jonas Sundberg  z Wydziału Fizyki, Chemii i Farmacji Uniwersytetu Południowej Danii zsyntetyzowali materiał, który absorbuje tlen w znacznej ilości i magazynuje go.

„W laboratorium widzieliśmy, jak materiał ten pobiera tlen z powietrza wokół nas” mówi  Christina McKenzie.

Nowy materiał jest krystaliczny. Wykorzystując dyfrakcję promieniowania rentgenowskiego naukowcy badali rozmieszczenie atomów wewnątrz niego kiedy był wypełniony  oraz pozbawiony tlenu.

Fakt, że substancja może reagować z tlenem nie jest zaskakująca. Wiele substancji  ma takie właściwości i rezultaty nie są zawsze pożądane: jedzenie pozostawione w kontakcie z powietrzem może zjełczeć. Z drugiej strony  smak i aromat win zmienia się nieznacznie, gdy napowietrzamy je –  ale nie zbyt dużą ilością tlenu! Masze ciało nie może funkcjonować, jeżeli nie oddychamy.

„Ważnym aspektem nowego materiału jest to, że nie reaguje nieodwracalnie z tlenem, a pochłania go  w tak zwanym selektywnym procesie chemisorpcji.  Jest zarówno czujnikiem i pojemnikiem dla O2, możemy użyć go do wiązania, magazynowania  i transportu tlenu – jak stałej, sztucznej hemoglobiny ” mówi Christine McKenzie.

Kubeł (10 litrowy) wypełniony materiałem jest wystarczający do wyssania całego tlenu  z pokoju.

„To również interesujące, że materiał może absorbować i uwalniać tlen wiele razy bez utraty zdolności. To jak zanurzanie gąbki w wodzie, wyciskanie jej i powtarzanie procesu  w nieskończoność” wyjaśnia Christine McKenzie.

Raz wchłonięty tlen można przechowywać w materiale tak długo,  dopóki nie zdecyduje  się na jego uwolnienie. Może zostać zwolniony przez łagodne ogrzewanie materiału  i poddawanie go niskiemu ciśnieniu tlenu.

 „Uwalniamy tlen, gdy ogrzewamy materiał, i również widzieliśmy to, gdy zastosowaliśmy podciśnienie. Teraz zastanawiamy się, czy światło również będzie przydatne jako wyzwalacz do uwalniania tlenu – ma to perspektywy we wzrastającym obszarze sztucznej fotosyntezy” mówi Christine McKenzie.

Kluczowym składnikiem nowego materiału jest kobalt, związany ze specjalnie zaprojektowaną cząsteczką organiczną.

„Kobalt daje nowemu materiałowi dokładną strukturę molekularną i elektronową,  która umożliwia absorbcje tlenu z otoczenia. Mechanizm ten jest dobrze znany: wszystkie oddychające stworzenia ziemskie – ludzie i wiele innych gatunków używają żelaza, podczas gdy inne zwierzęta jak kraby czy pająki miedzi.  Małe ilości metali są niezbędne  do absorbowania tlenu, więc taki efekt w naszym nowym materiale nie jest niczym zaskakującym”, wyjaśnia Christine McKenzie.

  1. Jonas Sundberg, Lisa J. Cameron, Peter D. Southon, Cameron J. Kepert, Christine J. McKenzie. Oxygen chemisorption/desorption in a reversible single-crystal-to-single-crystal transformation. Chemical Science, 2014; 5 (10): 4017 DOI: 1039/C4SC01636J
  2. http://www.sciencedaily.com/releases/2014/09/140930113254.htm

Opracowała: Małgorzata Jabłońska

Korekta: Magdalena Senderowska

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*