Зберігання кисню в новому хемосорбційному матеріалі

Професор Крістіна Маккензі (в центрі).

Дослідники з Університету Південної Данії синтезували кристалічний матеріал, який здатний пов'язувати і утримувати велику кількість кисню. Кисень, при необхідності, може бути виділений знову.

Ми почуваємося добре, коли оточені повітрям з 21-відсотковим вмістом кисню, яким дихаємо. Але іноді кисень потрібен у більш високих концентраціях. Наприклад, пацієнти із захворюваннями легких змушені використовувати важкі кисневі балони. Автомобілі, що використовують паливні елементи, потребують регульованої подачі кисню. Можливо, в майбутньому зниження вартості отримання водневого палива призведе до більш широкого використання водневих паливних елементів, яким необхідний кисень для роботи.

Професор Крістіна Маккензі (Christine McKenzie) і постдок Йонас Сандберг (Jonas Sundberg) з кафедри фізики, хімії та фармації університету Південної Данії синтезували матеріал, який поглинає кисень у великих кількостях і зберігає його.

«Ми спостерігали в лабораторії, як цей матеріал поглинув кисень з повітря навколо нас», - каже Крістіна Маккензі.

Новий матеріал являє собою кристалічну сіль, і за допомогою рентгеноструктурного аналізу дослідники вивчили розташування атомів всередині матеріалу, коли він був наповнений киснем, і коли був звільнений від кисню.

Той факт, що ця речовина може насичуватися киснем, не дивний сам по собі. Безліч речовин робить це і результат не завжди бажаний. Кристалічний матеріал змінює колір під час поглинання та виділення кисню. Кристали чорні, коли вони насичені киснем, і рожеві, коли кисень відданий.

"Важливою особливістю цього нового матеріалу є те, що він реагує з киснем звернемо. Він поглинає кисень під час процесу, який називається селективною хемосорбцією і працює і як датчик, і як контейнер для кисню. Ми можемо використовувати його, щоб зв'язувати, зберігати і транспортувати кисень, - як твердий штучний гемоглобін ", - пояснює професор Маккензі.

Десять літрів нового матеріалу здатні увібрати в себе весь кисень у кімнаті середнього розміру.

"Цікаво також, що матеріал може поглинати і виділяти кисень багато разів. Це як занурення губки у воду: вичавивши воду з неї, ви можете повторювати процес знову і знову ", - продовжує Крістіна Маккензі.

Після того, як кисень поглинуть, він буде зберігатися в матеріалі, поки не потрібно звільнити його. Кисень може бути звільнений обережним нагрівом матеріалу, виділення газу почнеться і в умовах зниження атмосферного тиску.

"Ми спостерігаємо виділення кисню, коли ми розігріваємо матеріал, і також бачимо це, коли застосовуємо вакуум. Нас зараз цікавить, чи може бути використаний в якості тригера виділення кисню світло, це могло б відкрити перспективи в галузі штучного фотосинтезу, що розвивається ", - говорить Крістін Маккензі.

Ключовим компонентом нового матеріалу є кобальт, який пов'язаний зі спеціально розробленою органічною молекулою.

"Саме кобальт надає новому матеріалу молекулярну та електронну структуру, яка дозволяє йому поглинати кисень з навколишнього середовища. Цей механізм добре відомий, він використовується всіма дихаючими створіннями на Землі. Людина і багато інших видів використовують залізо, тоді як інші тварини, наприклад, краби і павуки, використовують мідь. Невеликі кількості металів мають велике значення для поглинання кисню, цей же ефект спостерігається в нашому новому матеріалі ", - пояснює Христина Маккензі.

Залежно від кількості кисню в атмосфері, температури, тиску тощо. поглинання кисню з навколишнього середовища новою речовиною може займати секунди, хвилини, години або дні. Різні варіанти речовини можуть пов'язувати кисень з різною швидкістю. Це дає можливість створити пристрої, які вивільнятимуть і/або поглинатимуть кисень за різних обставин. Наприклад, маска, що містить шари цих матеріалів у правильній послідовності, може активно постачати людину киснем, отримуючи її безпосередньо з повітря, без допомоги насосів.

«Коли матеріал насичується киснем, його можна порівняти з балоном, що містить чистий кисень під тиском, різниця в тому, що цей матеріал може містити втричі більше кисню», - стверджує Крістіна Маккензі.