تولید مواد نانومتخلخل جدید با بیشترین مساحت سطح

این کار را گروهی از محققان به رهبری پروفسور آدام متزگر انجام دادند و نتایج
آن در ششم مارس ۲۰۰۹ در مجله‌ی Journal of the American Chemical Society به
چاپ رسیده‌است.

آقای متزگر می‌گوید: «مساحت سطح، یکی از خواص ذاتی مواد است که رفتار آنها را
در طیف وسیعی از فرایندها مثل فعالیت کاتالیزورهای مورد استفاده در تصفیه‌ی آب
یا خالص‌سازی هیدروکربن‌ها، تحت تأثیر قرار می‌دهد.»

تا چندین سال قبل بیشترین مساحت سطح مواد متخلخل در حدود ۳۰۰۰ مترمربع در گرم
براورد می‌شد، تا اینکه در سال ۲۰۰۰ یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه میشیگان (که
آقای متزگر نیز عضو آن بود) موفق به تولید ماده‌ای تحت عنوان MOF-177 شدند که
مساحت سطح آن به‌عنوان رکوردی جدید در این زمینه به حساب می‌آمد. MOF-177 متعلق
به کلاس جدیدی از مواد بود که به‌عنوان ترکیبات فلزی- آلی با ساختاری
داربست‌شکل شناخته می‌شوند؛ بدین معنی که در این ساختار کره‌های فلزی به‌وسیله
بست‌هایی از جنس ترکیبات آلی به یکدیگر متصل شده‌اند. تنها یک گرم از MOF-177
دارای مساحت سطحی معادل مساحت یک زمین فوتبال است.

به اعتقاد آقای متزگر دستیابی به ترکیبی با مساحت سطحی بیش از این مقدار،کاری
سخت به نظر می‌رسید؛ اما گروه او موفق به تولید ترکیبی تحت عنوان UMCM-2
شده‌اند که با داشتن مساحت سطحی بیش از ۵۰۰۰ مترمربع در گرم، رکورد جدیدی در
این زمینه به حساب می‌آید.

این محققان برای تولید UMCM-2 از روشی با عنوان کوپلیمریزاسیون استفاده
کرده‌اند؛ روشی که در گذشته از آن در تولید ماده‌ی مشابهی با عنوان UMCM-1
استفاده کرده بودند. UMCM-1 از شش جزء متخلخل و قفس‌مانند تشکیل می‌گردد که این
اجزا به‌وسیله‌ی یک کانال بزرگ شش‌وجهی احاطه شده‌است. این گروه تحقیقاتی با
به‌کارگیری ترکیب درصدهای متفاوتی از مواد سازنده، موفق به تولید UMCM-2 شدند.
ساختار UMCM-2 از قفس‌های به هم جوش‌خورده‌ای تشکیل شده‌است و در آن، کانال
موجود در UMCM-1 قابل مشاهده نیست.

به اعتقاد آقای متزگر ساختار خارق‌العاده‌ی UMCM-2، حاکی از قابلیت‌های روش
کوپلیمریزاسیون برای تولید مواد متخلخل جدید است.

در تلاش‌هایی که محققان برای تولید موادی جدید با قابلیت ذخیره‌ی مقادیر انبوه
از هیدروژن داشته‌اند، این پیش‌فرض همیشه مطرح بوده که افزایش مساحت سطح یک
ماده منجر به افزایش قابلیت ذخیره‌سازی هیدروژن به‌وسیله‌ی آن ماده خواهد شد.
نکته‌ی جالب توجه در مورد UMCM-2 این است که به‌رغم بالا بودن مقدار هیدروژن
ذخیره‌شده به‌وسیله‌ی این ماده، این مقدار از مقادیر مربوط به مواد هم‌خانواده
موجود بیشتر نیست، که خود نشان‌دهنده‌ی آن است که مساحت سطح تنها عامل کلیدی و
تعیین‌کننده در مقدار هیدروژن جذب‌شده به‌وسیله‌ی مواد متخلخل نیست. با این حال
کشف UMCM-2 برای تعریف مسیر آینده‌ی تحقیقات در این زمینه مفید به نظر می‌رسد.
آقای متزگر می‌گوید: « به نظرم ما نیازمند این ترکیب هستیم تا ثابت کنیم داشتن
مساحت سطح بالا به‌تنهایی برای ذخیره‌ی هیدروژن کافی نیست.»