Nowe struktury krystaliczne w reakcjach przemysłowych
MOF wykazują duże zagęszczenie porów, a zatem posiadają bardzo dużą powierzchnię wiązania, jak również zdolność do specjalizacji poprzez zastosowanie funkcjonalnych dodatków chemicznych. Właściwości takie sprawiają, że są one szczególnie atrakcyjne w przypadku wielu reakcji. Reakcje katalityczne polegają na tym, iż niewielka ilość katalizatora selektywnie i odwracalnie wiąże się z substancjami chemicznymi, skupiając je oraz przyspieszając zachodzenie reakcji, a tym samym ułatwiając zwiększenie ilości produktu. Są one szczególnie preferowane w przypadku struktury mikroporowatej, która zasadniczo działa jak mała, selektywna zagroda gromadząca cząsteczki i umożliwiająca wiązanie w wydajny sposób. Ponadto mikroporowate krystaliczne ciała stale doskonale sprawdzają się w reakcjach adsorpcji, w których określone cząsteczki wiążą się z powierzchnią, natomiast inne nie, umożliwiając tym samym oddzielanie bądź oczyszczanie. Wspomniane zastosowanie można rozszerzyć w celu stworzenia zaawansowanej technologii czujników za pośrednictwem filtracji, poprawiając selektywność oraz ułatwiając składowanie gazu. Projekt "Funkcjonalne struktury metaloorganiczne jako katalizatory heterogeniczne" (Mofcat) został podjęty w celu opracowania niezawodnych, spójnych i skalowalnych procesów dla istniejących i nowych MOF o szczególnym znaczeniu przemysłowym. Badacze pracowali nad dwoma rodzinami MOF: rozwiniętą wcześniej rodziną CPO-27-M, gdzie M=nikiel, magnez, kobalt lub mangan, oraz rodziną UiO-66 opartą na cyrkonie. Połączenie analizy spektroskopowej oraz kwantowego modelowania chemicznego umożliwiło doskonałą charakteryzację struktur. Ponadto rodzina CPO-27-M z wieloma możliwymi pierwiastkami M pozwoliła na bezpośrednie porównanie reaktywności różnych metali w tej samej strukturze MOF. Co ważne, badacze zrealizowali produkcję na większą skalę obu rodzin MOF, co ma znaczenie przemysłowe. Obie rodziny wykazały zdolność przechowywania znacznej ilości gazu wodorowego w niskiej temperaturze, przy czym rodzina CPO-27-Ni (M=nikiel) odznaczyła się dodatkowo znaczną zdolnością przechowywania metanu, także w postaci granulowanej, wspierając potencjalne zastosowania przemysłowe. Ponadto zespół projektu Mofcat wyprodukował nowe katalizatory MOF, a niektóre z nich wykazały niemal dwukrotnie wyższą aktywność od swoich komercyjnych konkurentów. Podsumowując, zespół projektu Mofcat poczynił znaczące postępy w dziedzinie struktur metaloorganicznych w zastosowaniach przemysłowych, w szczególności w zakresie przechowywania gazu oraz w funkcji katalizatorów, wykazując potencjał znacznego wzmocnienia europejskich konkurencyjności w dużym i lukratywnym sektorze światowego rynku.
