Descripción del proyecto
El agua nanoconfinada ofrece una ruta hacia la química sostenible y el almacenamiento de energía
El agua es un disolvente excelente, pero su elevada polaridad limita la solubilidad de compuestos no polares. El confinamiento del agua en nanoporos hidrófobos altera la estructura de sus enlaces de hidrógeno y las propiedades relacionadas como, por ejemplo, la constante dieléctrica y la capacidad de solvatación. Esta es la ida que el proyecto WATUSO, financiado con fondos europeos, se propone examinar al modular las propiedades de disolución del agua a través del nanoconfinamiento hidrófobo. Mediante el empleo de presión, se puede confinar una mezcla heterogénea de moléculas poco solubles y agua en nanoporos hidrófobos del material hospedador, en el que se prevé que la menor polaridad del agua mejore la solubilidad de compuestos apolares. El agua nanoconfinada abre nuevas oportunidades para la química sostenible al proporcionar una ruta para eliminar progresivamente disolventes orgánicos nocivos, mejorar la química de la hidrogenación y estudiar estrategias innovadoras para el almacenamiento de energía.
Objetivo
Water is the sustainable solvent of excellence but its high polarity limits the solubility of non-polar compounds. Confinement of water in hydrophobic pores alters its hydrogen bonding structure and related properties such as dielectric constant and solvation power. Whether this special state of confined water can be rendered useful in chemical processes is hitherto underexplored. The original idea of this project is to modulate water solvent properties through hydrophobic nano-confinement. Pressure is applied to force a heterogeneous mixture of poorly soluble molecules and water into hydrophobic nanopores of host material where the lowered polarity of water enhances dissolution. Decompression after reaction causes expulsion of the solution from the pores and spontaneous demixing of reaction products as water returns to its normal polar state.
Temporary dissolution enhancement during confinement is expected to be advantageous to chemical reaction and molecular storage. Development of dedicated hydrophobic nanoporous materials and research methodologies providing in situ characterization of confined water, solutes and host material using NMR, EIS, DRS, X-ray and neutron scattering under static and dynamic conditions are key aspects of this project. Nano-confined water offers a potential alternative to compression for storing CH4 and H2 gas, and opens new opportunities for green chemistry such as aqueous phase hydrogenation reactions which benefit from enhanced hydrogen solubility.
Unprecedented control in time and space over H2O solvation properties in a WATUSO system will enable new technologies with major scientific and societal impact. WATUSO will lead to new insights in water research and deliver new multi-diagnostic characterization tools. WATUSO could revolutionize chemical manufacturing and gas storage and the concept could spill over to many more solvent-based processes. WATUSO will contribute significantly to a greener, more sustainable chemical industry.
Ámbito científico
Palabras clave
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-ADG - Advanced GrantInstitución de acogida
3000 Leuven
Bélgica