财政部找到一个用

有机框架,更好的被称为财政部,是时代的到来。以来的数字一直在以前所未有的速度迅速崛起的美国化学家奥马尔Yaghi发现潜在的近20年前,今天的结构超过6000新财政部每年出版。作为他们的数字增长,所以已经意识到,这些高度多孔材料具有巨大的商业潜力,与被应用程序从甲烷在汽车油箱抗菌敷料。许多学者在这一领域已经建立了强大的联系行业或剥离出去的公司寻求帮助的材料满足他们的潜力。和2016年下半年MOF应用浸脚趾到首次公开市场,一些不同的产品上架的。

财政部是金属离子或集群在一起使高度有序的有机连接基团,结晶和超高孔隙度的3 d结构。非常大的内部表面区域这些毛孔内部的原因之一是围绕这些材料。财政部孔隙度可以达到10000米²/ g, Yaghi解释说,加州大学的化学教授在美国的伯克利。在上下文,其他多孔材料,如碳、沸石和介孔二氧化硅马克斯在1000左右²/ g。内部表面区域的财政部常常作为比较体育领域,帮助人们想象很有多大:10000米²/ g,例如,意味着一克财政部内部表面积约等于1.5足球(足球)球或两个美式橄榄球场。

大量的气孔和由此产生的大表面积使得天然气存储一个显而易见的应用程序。的气体,如氢、甲烷和二氧化碳等占用大量但当财政部,由于这些气体的相互作用吸附毛孔内的网站,你可以压缩气体分子在一起更比他们会在气相,“Yaghi解释道。这意味着,例如,天然气汽车的油箱里面包含财政部可以存储更多的甲烷比同样大小的财政部。反过来,这意味着车辆可以每个燃料之间进一步停止旅行。

这些材料的另一个原因的吸引力在于它的简单设计一个财政部按照你想要的。财政部是可编程的,奥马尔Farha解释说,美国伊利诺斯州西北大学化学教授。只有少数的家庭这样的材料,你可以在黑板上画一个,去实验室,使其和测试它,并在大多数情况下,你的预测不是远离现实。”,可用不同的组件的数量来构造新财政部几乎是无限的。我们有一整个周期表可供选择,我们正在建设有机化学的工具箱,我们有几乎无限数量的有机链接器现在也“Farha说。

第一步

2012年,Farha创立子公司NuMat技术将他的学术MOF的研究。2016年秋季,该公司宣布推出的第一个产品系列:ION-X。这些气瓶包含专有财政部持有非常有毒气体如胂、磷化氢和三氟化硼。这些气体作为掺杂物在电子行业,“Farha说,和通常存储在高压下圆柱体。ION-X气缸的气体分子存储低于大气压力的意义需要应用于真空吸出来。“如果你存储这些气体在高压力和泄漏,事情会从气缸向外流动。然而,通过存储sub-atmospherically,气体分子会冲到汽缸,而不是相反,”他解释说。

Farha无法说哪个电子制造商现在使用ION-X,也不给一个大概的数字的卷他的公司目前提供。NuMat然而公开了与林德集团全球天然气供应商合作开发下一代基于mof的分离和储存技术,但是迄今为止这些市场。

另一个财政部产品去年推出TruPick,由子公司开发的财政部技术旧金山与美国合作,一个全球性的公司,专业知识在水果和蔬菜存储。的毛孔TruPick财政部持有的天然气1-methylcyclopropene (1-MCP)。1-MCP阻碍了成熟的水果,斯图亚特·詹姆斯解释说,主席在英国贝尔法斯特女王大学无机化学和财政部联合创始人技术。乙烯是一种植物激素,当它是发布的水果触发器在其他水果成熟。什么1-MCP是绑定到乙烯结合位点的酶水果和块乙烯的影响。”

1-MCP气体已经使用了十多年的保质期延长水果和蔬菜在仓库存储容器,但这是第一次提供的方式消除了气体钢瓶的必要性。TruPick是一次性袋,它看起来非常类似于硅胶干燥剂包放在鞋盒,当放入水释放1-MCP气体到空气中。根据财政部技术,在24小时内发布1-MCP将有效地阻止乙烯的影响在所有水果在储藏室。TruPick现在批准使用,用于硬水果销售在美国和土耳其,并通过注册过程在其他世界fruit-growing地区包括欧盟。

拓展

财政部技术有许多其他合作项目的管道。成立于2012年,公司成立了商业化的财政部发明了机械化学的合成詹姆斯“学术实验室。”的一件事是阻碍实施财政部一直在开发廉价、可伸缩的方式使它们,”詹姆斯解释说。“我们发现的是,在某些情况下,你可以很容易让他们不使用任何溶剂,大大降低了成本,使过程更可持续。你会把一个金属盐和有机配体,并简单地磨在一起。公司目前的10 mof大规模使用这种方法,首席执行官复活麦克洛斯基解释道。我们有一个管道的另一个20左右的财政部。

2015年,麦克洛斯基的团队开始了一项为期三年的合作与计算机巨头IBM寻求使用mof收集大量的计算机数据中心和使用它所产生的热量来加热和冷却建筑物。这是财政部的热导率和热稳定性能力的兴趣。他们可以存储大量的热在一个非常,非常小的空间,”麦克洛斯基解释道。热是一种有价值的商品,可以循环用于其他目的。的吸附热泵系统,由热而不是电,为此已经存在但希望MOFs-based系统将超越现状。

抗菌涂料对医疗产品的第三种类型是财政部最近一上架产品,开发的MOFgen,该公司只是从罗素莫里斯的实验室在英国圣安德鲁斯大学的。MOFgen与医疗器械公司合作开发MOF-containing涂料对留置导尿管等设备和纺织品等医院的礼服。“财政部作为抗菌药物,水库的伊冯·戴维斯解释道,MOFgen首席执行官。我们可以加载它们与生物活性气体,治疗药物和金属离子。

当财政部第一次接触到水,或体液,抗菌药物的释放是发起。“例如,我们可以交付的一氧化氮气体杀死感染的区域,然后抗菌剂的缓释帮助感染,”她说。这些智能涂料对比现有的被动设计抗菌涂料在这些类型的保健产品。戴维斯是无法证实MOGgen的医疗设备合作伙伴是谁或什么类型的卷mof公司目前提供。

和大品牌合作

2000年,早在其他学者开始旋转MOF公司从他们的实验室,Yaghi开始化工巨头一起工作巴斯夫探索mof的商业潜力。迄今为止没有一上架,但许多不同的管道产品。

我们methane-fuelled财政部汽车舰队,但当油价大幅下跌,经济激励不再存在

当前封存项目进展最遥远的期待日期是在坦克对甲烷发电车使用mof。我们可以存储的两倍或三倍数量的天然气相比,一个包含MOF的坦克没有坦克,在相同的温度和压强下,“Yaghi说。的油箱(包含MOF)测试了吸收和释放的甲烷循环对许多人来说,许多周期,是相当于汽车的生命周期在财政部没有看到任何退化行为或属性。

项目在技术上非常成功,同意乌尔里希米勒,财政部研究小组负责人在路德维希港的巴斯夫,德国。我们有一辆车舰队在路德维希港,我们有一辆卡车在美国从东海岸到西海岸,”他说。”但是,当石油价格大幅下降,经济激励不再存在。液体燃料相比,天然气的成本不是目前重要的足以使甲烷发电汽车吸引消费者。这工作,也许情况会改变我们将从抽屉拉出来了。”

而寻找一个可行的商业应用程序可能仍然持续,巴斯夫已经有一个小型企业的销售小卷mof的大学和学院为研究目的。如您所料,巴斯夫有各种各样的专利来保护这些生产过程和一个特别感兴趣的是一个水的合成过程。我们开发了一个所谓的水性合成一些MOF材料,是可持续和降低生产的成本,”穆勒说。

一个单独的问题

到目前为止讨论的应用程序都使用mof第一家店,然后释放不同的原子或分子。但是另一个有趣的和潜在的商业上可行的使用这些材料的分离和捕获特定分子的气体混合物。马赛克材料杰弗里的衍生公司长期的实验室在加州大学伯克利分校,希望使用mof分离二氧化碳从不同的混合物,包括捕获来自发电厂的烟气。

二氧化碳分离,使用胺的解决方案,已经普遍的工业。建立的最大和最使用这种所谓的洗涤技术是去除二氧化碳,因此提高质量,天然气。但也看到在发电厂使用碳捕获存储。(洗涤)是一个非常庞大的工业分离过程昂贵和成本消耗大量能源,”解释了很长时间。这技术可能被更高效的分离过程使用mof。”

在过去的15年里,房间里的大象已经“应用程序在哪里?”

现状的主要问题是二氧化碳所需的能量得到的胺解,它可能被重用。“再生胺的解决方案需要转移高温蒸汽,通常是有效的在电厂发电和使用它来生成捕获方案,“长说。这些(MOF)材料可再生低得多的温度,所以在这里你会利用蒸汽,在发电不是很有用,因此大大降低能量损失与碳捕集电厂有关。”

马赛克材料两年前成立商业化合作绑定方法开发的长期的学术实验室。“我们发现机制和材料绑定二氧化碳,当第一个分子的二氧化碳吸收它触发的吸收更多的二氧化碳,”他解释说。”在我们的财政部,二氧化碳之间插入一个金属站点和一个绑定二胺分子。插入触发一个质子转移到相邻的金属二胺网站激活它。这导致连锁反应,形成一维链碳酸铵单元沿着通道内运行这些多孔材料之一。热身的材料,或下降的压力,消除了气体和再生原财政部结构。这些材料可以骑车很多,很多时候,“长说。

自公司成立以来,它证明了财政部的生产比例以一种经济的方式,它可以产生一个健壮的pelletised形式。马赛克材料预计准备开始销售这些和其他MOF材料在未来一年,说长。

长期的总体概念,functionalise mof的毛孔让他们只想与特定的分子反应,正在探索其他广泛的不同的应用程序。根据Yaghi,这些的一个最有趣的是使用毛孔模拟酶的活动网站。“你可以functionalise毛孔效果非常具体的bond-breaking和bond-forming反应,”他说。这种方法最终将商业化,因为以这种方式做催化结合了异构催化剂的鲁棒性与同类催化剂的选择性中空材料,这是一种催化的圣杯”。

Yaghi激动的另一个应用程序使用MOF的潜力来捕获大气中的水。他刚刚开始商业化的过程是财政部在他的团队为此目的开发的。”这是一个非常强大的应用程序,因为我们已经证明,你可以从大气中吸收水分,集中并交付作为一种有效的方式滴液体水,因为水不束缚太紧毛孔,像在你的除湿机,”他说。‘你不需要插入这个单元,使其操作;它可以作用于周围的阳光。

mof的潜在应用继续扩大,这是可喜的,让孩子安心让研究人员看到的材料开始一上架。“我在过去的15年里,房间里的大象是“应用程序在哪里?“有很多兴趣和一些非常,非常好的科学。但这没有突破的实际用途。现在,在过去一年里,我们有他们,”詹姆斯说。

尼娜Notman巴尔的摩附近是一个基于科学作家,我们