De geheimen van negatieve gasadsorptie ontbloot

(17-09-2019) Wetenschappers van de Universiteit Gent zijn er in geslaagd te ontcijferen wanneer negatieve gasadsorptie optreedt in zachte poreuze kristallen.

Daartoe hebben ze geavanceerde modellen ontwikkeld gebaseerd op de thermodynamica en gebruik makend van computersimulaties op de nanoschaal. Dit onderzoek werd uitgevoerd aan het Centrum voor Moleculaire Modelering door dr. L. Vanduyfhuys onder leiding van prof. V. Van Speybroeck, en verschijnt deze week in Communications Physics.

 

 

 

 

Zachte poreuze kristallen combineren verschillende interessante eigenschappen, o.a. flexibiliteit en porositeit, die ervoor zorgen dat ze in het vizier staan van wetenschappers en ingenieurs voor vele baanbrekende applicaties. Denk hierbij aan schokdempers op de nanoschaal, efficiënte filters om koolstofdioxide uit de uitlaat van onze wagen filteren tot zelfs heel precieze afleveringsmechanismen voor medicijnen in het menselijk lichaam. Een voorbeeld van zulke materialen wordt gegeven door de zogenaamde metaal-organische roosters. Dit zijn hybride materialen waarbij metaalachtige clusters met elkaar verbonden worden door middel van organische linkermolecules. Ten gevolge van de intrigerende combinatie van eigenschappen, vertonen sommige van deze materialen bijzondere en contra-intuïtieve fenomenen. Negatieve gasadsorptie is daar een voorbeeld van waarbij een poreus materiaal een hoeveelheid geadsorbeerd gas vrijlaat, ook al tracht men er meer gas in te duwen door het verhogen van de gasdruk in de omgeving.

Dit bijzonder fenomeen werd enkele jaren geleden per toeval ontdekt tijdens een gebruikelijk adsorptie-experiment, maar tot nog toe begreep men nog niet precies waarom het optreedt, of waarom het optreedt bij specifieke materialen. Door middel van nieuwe wiskundige modellen, gebaseerd op de thermodynamica en gebruik makend van computersimulaties op de atomaire schaal, zijn  wetenschappers van de UGent er nu in geslaagd te ontrafelen welke karakteristieken cruciaal zijn om negatieve gasadsorptie te vertonen. Zo ontdekten ze dat onder andere de graad van flexibiliteit van het materiaal heel belangrijk is, en dat het opleggen van een additionele mechanische druk bovenop de gasdruk, het fenomeen alsnog kan induceren in materialen die dat in afwezigheid van de mechanische druk niet doen. Die mogelijkheid om het fenomeen nauwkeurig te controleren biedt veel perspectieven voor de ontwikkeling van geavanceerde pneumatische sensoren en actuatoren op de nanoschaal.

Meer info

Een gedetailleerd technisch artikel dat dit onderzoek beschrijft, verscheen in Communications Physics: Unraveling the thermodynamic conditions for negative gas adsorption in soft porous crystals, L. Vanduyfhuys en V. Van Speybroeck.

 

Dr. Louis Vanduyfhuys, Prof. Dr. Veronique Van Speybroeck
Centrum voor Moleculaire Modellering, Universiteit Gent
T 09 264 65 60