Phát hiện vật liệu mới đáp ứng khả năng dự trữ khí thiên nhiên

Phát hiện vật liệu mới đáp ứng khả năng dự trữ khí thiên nhiên

Những tinh thể chứa các lỗ nhỏ li ti được gọi là các khung kết cấu kim loại (MOFs) với những lỗ nhỏ kích thước nanomet và bề mặt cao một cách đáng ngạc nhiên là vật liệu tuyệt vời để bảo quản khí thiên nhiên. Tuy nhiên, với hàng triệu cấu trúc khác nhau có thể lựa chọn may bien tan gia re, làm sao tìm ra một cấu trúc thích hợp nhất?

Nhóm nghiên cứu của trường Đại học Northwestern University đã phát triển một phương pháp điện toán có thể giúp các nhà khoa học và các kỹ sư tiết kiệm thời gian quý báu trong quá trình nghiên cứu phát hiện.

Thuật toán mới này tự động cho ra và thử nghiệm các khung kết cấu kim loại (MOFs) và tìm ra cấu kết đáp ứng khả năng dự trữ khí thiên nhiên nhiều hơn 10% so với mục tiêu của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE).

Hiện nay có tới 13 triệu phương tiện đường bộ trên toàn thế giới chạy bằng khí thiên nhiên – bao gồm rất nhiều xe buýt ở Mỹ, và con số này dự tính sẽ tăng nhanh chóng nhờ phát hiện về công nghệ dự trữ khí thiên nhiên bán biến tần giá rẻ gần đây.


Không chỉ tạo ra bước tiến mới trong công nghệ dự trữ khí ga và phát triển các phương tiện sử dụng nhiên liệu sạch, MOFs còn giúp cải thiện việc vận chuyển thuốc, cảm biến hóa học và các nguyên liệu, vật liệu để thu khí carbon.

Những kết cấu MOFs có thể dùng các những dụng này được phân tích hiệu suất nhờ phương pháp của trường Northwestern.

Ông Randall Q. Snurr, giáo sư kỹ thuật sinh hóa tại McCormick School of Engineering and Applied Science phát biểu: “ Khi hiểu biết của chúng ta về tổng hợp chất đã đạt tới mức độ có thể tổng hợp hầu hết các vật liệu, câu hỏi đặt ra là: Vật liệu nào là hiệu quả nhất mà chúng ta nên tổng hợp? Kết quả nghiên cứu này cho thấy một phương pháp hiệu quả để trả lời câu hỏi này đối với các cấu trúc kết cấu kim loại.”

Nghiên cứu này được xuất bản ngày 6/11 trên tạp chí Nature Chemistry. Christopher E. Wilmer, một sinh viên đã tốt nghiệp ở phòng thí nghiệm của giáo sư Snurr và là tác giả đầu tiên của bài viết đã phát triển thuật toán mới này.

Omar K. Farha, phó giáo sư hóa học tại Weinberg College of Arts and Sciences, và Joseph T. Hupp, giáo sư hóa học, đi đầu trong các nỗ lực tổng hợp vật liệu phù hợp.

Các nhà nghiên cứu này đã có thể xác định được khung kết cấu tiềm năng nhất để dự trữ khí thiên nhiên trong hàng triệu MOFs có thể. Chỉ trong vòng 72 giờ, các nhà khoa học đã tạo ra hơn 137.000 cấu trúc MOF giả thuyết. Con số này lớn hơn rất nhiều so với tổng số MOFs đã từng được báo cáo bởi tất cả các nhà khoa học (xấp xỉ 10.000 MOFs).

Những nhà nghiên cứu này cho biết thuật toán mới là sự kết giữa kiến thức hóa học của các nhà hóa học về vật liệu MOFs lý tưởng với những mô phỏng phân tử phức tạp để đánh giá các MOFs về hiệu quả của chúng cho từng ứng dụng khác nhau. Thuật toán này có thể giúp loại bỏ những khó khăn trong quá trình nghiên cứu biến tần giá rẻ phát hiện ban đầu.