دام مولکولی برای حفاظت از محیط زیست

با استفاده از نوع جدیدی از دام‌های مولکولی نانومقیاس می‌توان ذخیره سازی هیدروژن را در پیل‌های سوختی افزایش داد. همچنین از این ساختارها می‌توان در جذب و زدایش گازهای فرار و رادیواکتیو حاصل از سوخت‌های هسته‌ای استفاده نمود. محققان با ترکیب چند مولکول آلی و اتصال آنها به یون فلزی موفق به تولید این ساختارها شده‌اند.

این که بتوان ابعاد ورودی یک مولکول را تنظیم کرد سنگ بنایی است تا از آن مولکول در جذب و رهاسازی مواد مختلف استفاده نمود. اخیرا پژوهشگران آزمایشگاه ملی ساندیا دام مولکولی از جنس مواد تجاری رایج در بازار ساخته‌اند که ابعاد ورودی آن قابل تنظیم است.  تینا نئوف از پژوهشگران این پروژه می‌گوید با این کار می‌توان یک نوع جدید از سیستم‌های جمع‌آوری پسماندهای هسته‌ای را تولید کرد. با این روش می‌توان یدین حاصل از فعالیت‌های هسته‌ای را ۵ برابر بیشتر از فناوری‌های رایج جمع‌آوری کرد.

اتصال مولکول‌های آلی به یکدیگر و در نهایت ارتباط آنها با یون‌ها موجب تشکیل این دام می‌شود به این ساختارها، چارچوب آلی فلزی گفته می‌شود. مولکول‌های رادیواکتیو، دی‌اکسید کربن و حتی هیدروژن به‌عنوان سوخت وارد این دام‌ها می‌شوند. بعد از وارد شدن، با اعمال فشاری می‌توان ورودی این دام را بست و مانع از خروج مولکول‌ها شد. اعمال فشار همچنین موجب می‌شود که ساختار اسفنجی این دام به صورت فشرده در آید. در نتیجه می‌توان سیستم ذخیره هیدروژن با ابعاد کوچک ایجاد نمود. کوچکتر شدن ابعاد این سیستم برای پیل‌های خورشیدی از اهمیت بالایی برخوردار است.

اما آنچه که باعث شده این ساختار نسبت به ساختارهایی که پیش از این ارائه شده متفاوت باشد این است که دهانه ورودی این دام به‌راحتی با فشار بسیار کمی قابل بسته شدن است به‌طوری که این سیستم ۱۰ برابر فشار کمتر نسبت به ساختارهای چارچوب آلی فلزی زئولیتی نیاز دارد.

فرآیند مورد استفاده در این پروژه کاملا زیست سازگار است و همچنین به‌دلیل ارزان بودن می‌توان آن را برای تولید انبوه به‌کار گرفت. در این روش از کاتیون‌های روی و اتصال دهنده‌های آلی مبتنی بر ایمیدازولات استفاده شده است. این گروه تحقیقاتی از پرتوهای اشعه ایکس برای کامل کردن فرآیند تبدیل ساختار اسفنجی به تکه‌های فشرده استفاده کردند. با کج شدن دهانه و بسته شدن آن تغییری در فرآیند و مقدار ذخیره‌سازی گاز آن ایجاد نمی‌شود. کارنا چاپمن از محققان این پروژه می‌گوید این ساختار جدید دارای کاربردهای متعددی است به‌طوری که از ذخیره‌سازی هیدروژن تا به‌دام اندازی گاز دی‌اکسید کربن می‌توان از این ساختارهای استفاده کرد.