Hrvatski znanstvenici za bolje gorive ćelije

Znanstvenici Laboratorija za zelenu sintezu Instituta Ruđer Bošković (IRB) su, u suradnji s kolegama sa kanadskog Sveučilišta McGill i američkog Sveučilišta Norhtwestern, razvili novu, brzu i za okoliš prihvatljiviju metodu sinteze poroznih metal-organskih materijala korištenjem mehanokemijskih procesa.

Rezultate ovih istraživanja, koji će omogućiti uštedu energije te smanjenje količine kemijskog otpada u sintezi, objavila su dva ugledna znanstvena časopisa, Chemical Communications (IF: 6.834) i jedan od najpoznatijih svjetskih časopisa za kemiju - Journal of the American Chemical Society (IF: 12.113)

Metal-organske mreže (metal-organic frameworks, MOFs) su jedno od najvažnijih područja moderne kemije materijala. Ove mreže građene su od metalnih iona, koji služe kao čvorovi u strukturi, a premošteni su organskim molekulama tako da tvore visoko uređene trodimenzionalne strukture s porama ili kanalima, koje ponekad mogu dosegnuti nano ili mikro skalu.

Ovi materijali su izrazito interesantni znanstvenicima zbog njihove potencijalne primjene u pohrani stakleničkih plinova ili izradu gorivih ćelija za pokretanje automobila, te za katalitičke reakcije i pročišćavanje.

''Rastuća važnost MOF materijala se reflektira i u njihovoj nedavnoj komercijalizaciji, što znači da je moguće nabaviti neke vrste ovih materijala i komercijalnim putem. Ipak, glavnom preprekom većoj uporabi ovih materijala u industrijskim procesima te uzrokom za njihovu visoku cijenu se smatra njihova sinteza, koja je dugotrajna, zahtijeva veliki ulog energije i visoke temperature, te proizvodi mnogo otpada koji je teško reciklirati''', objašnjava dr. sc. Krunoslav Užarević, voditelj Laboratorija za zelenu sintezu IRB-a.

Za razliku od toga, nova metoda koju je razvio tim znanstvenika temelji se na mljevenju polaznih spojeva u posebno razvijenim mehanokemijskim reaktorima bez korištenja jakih kiselina, visokih temperatura i bez viška reaktanata.

''Vrijeme sinteze, koje smo provodili na sobnoj temperaturi, skratili smo na manje od jednog sata, umjesto uobičajenih 24 odnosno 48 sati na 150 °C uobičajeno potrebnih u otopinskoj sintezi'', dodaje Užarević.

Tijekom ovako razvijene sinteze koriste se ''zelene'' tekućine ('') u tragovima, prilikom čega se stvaraju visoko uređene porozne strukture karakteristične za ove dvije porodice metal-organskih materijala. Iako se sinteze vrše mljevenjem i u gotovo suhim uvjetima, analize provedene na Sveučilištu Northwestern su pokazale da je poroznost i katalitička aktivnost ovih materijala jednaka, a u nekim slučajevima i bolja od materijala dobivenih konvencionalnim sintetskim putevima.

In situ monitoring mehanokemijskih sinteza ovih materijala korištenjem sinhrotronskog rentgenskog zračenja je otkrio da se ove transformacije vrše u više koraka, preko međufaza, koje nije moguće pripraviti drugim sintetskim procedurama.  

Ova istraživanja su pokazala ne samo da je mehanokemija pogodna za sintezu visoko poroznih materijala, nego predstavlja značajan doprinos razumijevanju i kontroli mehanokemijskih reakcija.