"Клетка на клетките" - така учените описват нов вид порест материал, притежаващ уникална молекулярна структура, който може да се използва за улавяне на въглероден диоксид, както и на серен хексафлуорид  - друг по-мощен парников газ.

Материалът, синтезиран в лаборатория от изследователи в Обединеното кралство и Китай, се произвежда на два етапа, като химичните реакциите „сглобяват“ триъгълни призматични градивни елементи в по-големи, по-симетрични тетраедрични клетки, създавайки първата по рода си молекулярна структура, твърди екипът.

Полученият материал, преизпълнен с полярни молекули, привлича и задържа парникови газове като въглероден диоксид (CO2) със силен афинитет. Той също така показа отлична стабилност във вода, което ще го направи особено подходящ за улавяне на въглерод в промишлени условия, от мокри или влажни газови потоци.

"Това е вълнуващо откритие, защото се нуждаем от нови порести материали, които да помогнат за решаването на най-големите предизвикателства пред обществото, като например улавянето и съхранението на парникови газове.“, казва Марк Литъл, учен в областта на материалознанието в университета Хериот-Уот в Единбург и главен автор на изследването,

За да се получи порестият материал, прекурсорни молекули с форма на триъгълна призма се сглобяват в по-големи структури, подобни на клетки. (Zhu et al., Nature Synthesis, 2024)

Въпреки че не е тестван в голям мащаб, лабораторните експерименти показват, че новият материал, наподобяващ клетка, също така има висока степен на поглъщане на серен хексафлуорид (SF6), който според Междуправителствената експертна група по изменение на климата е най-мощният парников газ.

Докато CO2 се задържа в атмосферата за 5-200 години, SF6 може да се остане в нея между 800 и 3200. Така че, въпреки че нивата на SF6 в атмосферата са много по-ниски, в рамките на 100 години потенциалът му по отношение на глобалното затопляне е около 23 500 пъти по-голям от този на CO2.

Това, което спешно трябва да направим днес, ако искаме да ограничим изменението наклимата, е да премахнем големите количества SF6 и CO2от атмосферата или да спрем тяхното навлизане в нея.

Изследователите смятат, че трябва да извличаме около 20 милиарда тона CO2 всяка година, за да неутрализираме въглеродните си емисии, които имат само възходяща тенденция.

Досега стратегиите за отстраняване на въглероден диоксид премахват около 2 милиарда тона годишно. Това обаче се дължи основно на дърветата и почвите. Само около 0,1 % от отстраняването на въглерода, т.е. около 2,3 милиона тона годишно, е вследствие на нови технологии, като например директното улавяне на въздуха, при което се използват порести материали за поглъщане на CO2 от въздуха.

Изследователите работят усилено по създаването на нови материали, които да направят директното улавяне на газове от въздуха по ефективно и по-малко енергоемко – точно като настоящия материал. Но за да предотвратим най-тежките последици от изменението на климата, трябва да намалим емисиите на парникови газове колкото се може по-скоро.

Уви, създаването на толкова сложен в структурно отношение материал не е лесно (дори и ако приемем, че предшестващите молекули (прекурсори) се сглобяват по технически път). Учените използват стратегия, наречена супрамолекулно самосглобяване. При нея могат да се създават химически свързани структури от по-прости градивни елементи, но е необходима фина настройка, тъй като "най-добрите условия за [химична] реакция често не са очевидни", обясняват Литъл и колегите му в публикувания научен труд.

Колкото по-сложна е крайната молекула, толкова по-трудно става нейното синтезиране и при тези реакции може да се получи същинска молекулярна бъркотия.

За да се справят с тези иначе невидими молекулярни взаимодействия, изследователите използват симулации, за да предвидят как техните начални молекули ще се сглобят в този нов вид порест материал. Те вземат предвид геометрията на потенциалните молекули-предшественици, както и химическата стабилност и твърдост на крайния продукт.

Освен за абсорбиране на парникови газове, изследователите предполагат, че новият им материал може да се използва и за отстраняване на други токсични изпарения от въздуха, като летливи органични съединения, които лесно се превръщат в пари или газове от повърхности, включително от вътрешността на нови автомобили.

“За нас това изследване представлява важна стъпка напред, която в бъдеще ще отвори вратите за подобни приложения“, казва Литъл.

Изследването е публикувано в Nature Synthesis.

Източник: Science Alert