138 тысяч пористых кристаллов за 72 часа

Ученые, наконец, близки к практической реализации давней идеи хранить природный газ в «губках» – металл-органических каркасных структурах (МОКС, metal organic frameworks, MOFs), которые также называют пористыми кристаллами.

Пористые кристаллы могут использоваться как высокоэффективные и относительно безопасные емкости для хранения метана – одного из претендентов на звание «топлива будущего». МОКС – это сорбенты, «запирающие» газ при высоких давлениях, но давление в емкости из МОКС будет в несколько раз ниже давления в обычном газовом баллоне при равном объеме содержащегося в нем метана.

Помимо топливных баков, пористые кристаллы могут использоваться как хранилища лекарственных средств, датчики химических веществ, катализаторы и газоуловители.

Процесс отбора оптимальных вариантов МОКС для хранения метана по новому алгоритму

Но теоретически пористые кристаллы можно создать на основе миллионов сочетаний химических элементов для самых разных задач. Перед учеными долгое время стояла проблема, как выбрать наиболее перспективные варианты.

Наконец, исследователи из Северо-Западного университета в Иллинойсе разработали алгоритм, который может сэкономить время при выборе нужных материалов.

«Когда наше знание о синтезе приближается к тому, что мы можем синтезировать практически любой материал, возникает вопрос: что именно мы должны создавать? – комментирует руководитель группы профессор Рэндалл Снурр. – Это исследование представляет собой метод поиска ответа на этот вопрос для металл-органических каркасных структур, нового вида универсальных материалов».

Используя свой метод, ученые всего за 72 часа работы на суперкомпьютере получили описание 138 тысяч вероятных структур МОКСов – с расчетом размеров пор, площади поверхности и объема вмещаемого метана. Это число намного больше, чем все, что до сих пор сумели обнаружить исследователи (около 10 тысяч вариантов).

Из них быстро выявили более 300 новых пористых кристаллов, которые, по прогнозам, будут лучше любого известного МОКСа для хранения метана.

Для доказательства практической эффективности метода исследователи синтезировали один из этих материалов. Выяснилось, что он на 10% превосходит требования министерства энергетики США к хранилищам газа.

Суть алгоритма, по словам его автора, аспиранта Кристофера Уилмера, в «проведении мысленных экспериментов на суперкомпьютере, которые определяют виды вероятных атомных структур».

Читайте на CNews
Беспилотный краудсорсинг: американцы создают военную технику всей страной
Неудачный Mars Express: флеш-память подвела
Новые АЭС: индийцы заменят уран на торий