Het mysterie van ademende poreuze kristallen ontrafeld

(15-01-2018)

Tot nog toe was het onmogelijk gebleken om te voorspellen en te begrijpen wanneer en waarom sommige materialen ademen en anderen niet. Dit mysterie werd nu ontrafeld door het onderzoek uitgevoerd aan het Centrum voor Moleculaire Modellering van UGent onder leiding van Prof. V. Van Speybroeck in samenwerking met de Universiteit van Montpellier.

Computersimulaties op nanoschaal

Een groep wetenschappers van de faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur is erin geslaagd om het ademend gedrag van metaal-organische roosters (een type veelzijdige materialen opgebouwd uit organische moleculen en metaalclusters met poriën op nanoschaal) te ontrafelen door gebruik te maken van computersimulaties op nanoschaal waarbij zonder enige experimentele input het gedrag van atomen wordt berekend, gebruik makende van fysische wetmatigheden.

Deze inzichten werden voorts toegepast in een ingenieus thermodynamisch model dat toelaat om met de informatie verkregen op nanoschaal het gedrag onder experimentele condities te voorspellen.

Ongeziene flexibiliteit

Eerder werd experimenteel vastgesteld dat sommige roosters een ademend gedrag vertonen waarbij de poriën open en dicht kunnen gaan in veranderende omstandigheden van druk, temperatuur of gasadsorptie. Een dergelijke hoge graad van flexibiliteit is ongezien voor kristallijne materialen. 

Grote stap voorwaarts voor ontwerp van materialen op nanoschaal

Met behulp van theoretische berekeningen kunnen wetenschappers nu op zoek gaan naar geschikte materialen voor een specifieke toepassing. Als gevolg van deze procedure zou men kunnen voorspellen onder welke condities van druk, temperatuur of bijvoorbeeld hoeveelheid CO2 in de atmosfeer een materiaal plots begint in te krimpen of uit te zetten, COopneemt of uitstoot en mechanische arbeid levert of opneemt.

Toepassingen

Deze materialen kunnen zo ingezet worden als nanoschaal schokdempers maar ook als filtering van koolstofdioxide uit de uitlaat van onze wagens en zelfs als veilig afleveringsmechanisme van medicijnen in het menselijk lichaam.

Publicatie in Nature Communications

Het onderzoek verschijnt deze week in het journal Nature Communications.

Een gedetailleerd technisch artikel dat dit onderzoek beschrijft is verschenen in Nature Communications: Thermodynamic insight into stimuli-responsive behavior of soft porous crystals, L. Vanduyfhuys, S.M.J. Rogge, J. Wieme, S. Vandenbrande, G. Maurin, M. Waroquier, V. Van Speybroeck, Nature Communications, https://www.nature.com/articles/s41467-017-02666-y

Info

Dr. Louis Vanduyfhuys, Prof. Dr. V. Van Speybroeck
Centrum voor Moleculaire Modellering
T 09 264 65 60, 0472/934823
Louis.Vanduyfhuys@UGent.be, Veronique.VanSpeybroeck@UGent.be