(15-01-2018) Door een ingenieuze toepassing van thermodynamica en computersimulaties op de nanoschaal is een groep wetenschappers van de UGent erin geslaagd om het ademend gedrag van metaal-organische roosters te ontrafelen. Dit onderzoek, uitgevoerd aan het Centrum voor Moleculaire Modellering (http://molmod.ugent.be) van de UGent onder leiding van Prof. V. Van Speybroeck in samenwerking met de Universiteit van Montpellier, verschijnt deze week in Nature Communications.
Metaal-organische roosters vormen een klasse van veelzijdige materialen opgebouwd uit organische moleculen en metaalclusters met poriën op nanoschaal. Eerder werd experimenteel vastgesteld dat sommige roosters een ademend gedrag vertonen waarbij de poriën open en dicht kunnen gaan in veranderende omstandigheden van druk, temperatuur of gasadsorptie. Een dergelijke hoge graad van flexibiliteit is ongezien voor kristallijne materialen. Voor toepassingen biedt het sluiten en openen van de poriën grote opportuniteiten. Zo kunnen deze materialen worden ingezet als nanoschaal schokdempers alsook voor de filtering van koolstofdioxide uit de uitlaat van onze wagens en zelfs als veilig afleveringsmechanisme van medicijnen in het menselijk lichaam.
Tot nog toe was het onmogelijk gebleken om te voorspellen en te begrijpen wanneer en waarom sommige materialen ademen en anderen niet. Dit mysterie werd nu ontrafeld door gebruik te maken van computersimulaties op de nanoschaal waarbij zonder enige experimentele input het gedrag van atomen wordt berekend gebruik makende van fysische wetmatigheden. Deze inzichten werden voorts toegepast in een ingenieus thermodynamisch model dat toelaat om met de informatie verkregen op de nanoschaal het gedrag onder experimentele condities te voorspellen. De bevindingen betekenen een grote stap voorwaarts voor het ontwerp van materialen op de nanoschaal. Met behulp van theoretische berekeningen kunnen wetenschappers nu op zoek gaan naar geschikte materialen voor een specifieke toepassing. Als gevolg van deze procedure zou men kunnen voorspellen onder welke condities van druk, temperatuur of bijvoorbeeld hoeveelheid CO2 in de atmosfeer een materiaal plots begint in te krimpen of uit te zetten, CO2 opneemt of uitstoot en mechanische arbeid levert of opneemt.
Een gedetailleerd technisch artikel dat dit onderzoek beschrijft is verschenen in Nature Communications: Thermodynamic insight into stimuli-responsive behavior of soft porous crystals, L. Vanduyfhuys, S.M.J. Rogge, J. Wieme, S. Vandenbrande, G. Maurin, M. Waroquier, V. Van Speybroeck, Nature Communications, https://www.nature.com/articles/s41467-017-02666-y
Info
Dr. Louis Vanduyfhuys, Prof. Dr. V. Van Speybroeck
Centrum voor Moleculaire Modellering
T 09 264 65 60, 0472/934823
Louis.Vanduyfhuys@UGent.be, Veronique.VanSpeybroeck@UGent.be