Design, Functionalization and Characterization of Nanoporous Materials


Project leader


Funding source

Swedish Research Council - Vetenskapsrådet (VR)


Project Details

Start date: 01/01/2014
End date: 31/12/2018
Funding: 4400000 SEK


Description

Naturen hatar tomrum. Atomer och molekyler i alla vätskor och fasta ämnen ligger tätt packade invid varandra. Ett mycket ovanligt undantag utgörs av zeoliter som är porösa material uppbyggda av aluminiumsilikater. Hålrummen i zeoliterna bildar intrikata kanalsystem. Vissa molekyler kan tränga in i porerna medan andra stoppas utanför. Storleken av och formen på porerna är därför mycket viktiga. Tomrummen i ihåliga kristaller används mycket industriellt för att adsorbera och separera olika ämnen och för katalys, dvs att påskynda kemiska processer. De vanligaste användningarna av zeoliterna är för att bryta ner kolkedjor vid krackning av olja för att framställa bensin, i tvättmedel för att göra vattnet mjukare och fånga in metaller eller för att hålla kvar näringen i jorden när det regnar. Vi jobbar med porösa kristaller som är hundra gånger mindre än ett hårstrå och kanaler som är någon miljondels millimeter i diameter - precis samma storleksordning som molekyler. Innerväggarna i materialet skapar en enormt stor yta, motsvarande en fotbollsplan tillknycklad i en fingerborg! Det finns ett stort behov av nya porösa material med större hålrum kirala kanaler som kan fånga in/producera molekyler enbart med höger- respektive vänsterformer. De senaste porösa material är byggda av metallkluster och organiska molekyler, sk metall-organiska nätverksstrukturer. Det har blivit möjligt att framställa flexibla material som kan ändra formen, en så kallad andningskristall. Det är också lättare att modifera material med olika funktionsgrupper som styr storleken och reagerar olika, beroende på vad det är för molekyler som kommer in. En tillämpning kan vara läkemedel som behöver doseras ut i olika delar av kroppen, på ett kontrollerat sätt, utan att medicinen behöver tas varje dag. Vårt projekt är att med ökad kunskap kunna designa en kristallstruktur med förutbestämda hålrum och funktioner, som är riktad mot specifika tillämpningar. Vi sätter ihop oorganiska och organiska komponenter till en nätverksstruktur - som att bygga LEGO. Till skillnad från att bygga en LEGOmodell, är det svårt att förutsäga hur man kan framställa en kristall med en viss porstorlek och form, särskilt för zeoliter. Vi har framställt ett 70-tal nya nätverksstrukturer, bl a en germaniumoxid med de största hålrummen (2 nm) av alla oxider. Det traditionella sättet att undersöka atomstrukturen hos olika kristaller är röntgenkristallografi. Om kristallerna är mindre än någon mikrometer (tusendels millimeter), blir detta mycket svårt. Med hjälp av transmissionselektron-mikroskopi kan man studera kristaller som är nanometerstora, för små för andra strukturbestämmningsmetoder. Vi har under en 20-års period utvecklat metoder att studera kristallstrukturer med elektronmikroskopibilder och är en av de världsledande på området. Nyligen har vi uppfunnit en ny metod som kombinerar 1000-tals elektrondiffraktionsbilder till ett 3D data set. Med detta kan den atomära strukturen bestämmas av extremt små kristaller. Vi utvecklar användarvänliga dataprogram för att göra våra metoder tillgängliga för andra forskare.

Last updated on 2017-22-03 at 07:13