當黃色的MOFs晶體內充滿二氧化碳后，指示分子就會變成紅色。
其實早在一年前，該化學小組就發(fā)表了他們的一項科研成果：以糖、鹽，以及酒精為原料的新納米結構材料。而眼下他們研制的這種“海綿”，其實是一種化合物，它可以有效地檢測、捕獲和儲存二氧化碳，而且該化合物自身是碳中性的。
據美國《每日科學》報道，該小組由西北大學化學教授弗雷澤·斯托達特領導，而研究報告已發(fā)表在了《美國化學學會雜志》上。
斯托達特介紹稱，該“海綿”其實是所謂的金屬有機骨架（MOFs），不過與其它MOFs相比，它不僅是純天然成分，而且制造過程很簡單，這也是它最大的優(yōu)勢。
盡管常規(guī)MOFs也可以有效地吸收二氧化碳，但它們的原材料通常來自于原油，而且常包含有毒的重金屬。斯托達特表示，這個MOFs還有很多獨有的特點，當完全“吃掉”二氧化碳時，通身會變成紅色，而且捕獲過程還是可逆的。
事實上，MOFs誕生于1999年左右，它是一種有序的、格子框架晶體，由有機分子與節(jié)點連接而成，節(jié)點通常是銅、鋅、鎳或鈷等金屬。在它們的大孔隙里，MOFs能有效地存儲如氫氣或二氧化碳等氣體，這在工程科學上具有獨特的用處。
據悉，這個新型的MOFs主要成分是伽馬-環(huán)糊精（gamma-cyclodextrin），是來自于玉米淀粉的可再生糖分子。然后，利用苯甲酸鉀（potassium benzoate）或氫氧化銣（rubidium hydroxide）等鹽中產生的某種物質，把這些糖分子固定，而糖分子在晶體中的精確排列，則是捕獲二氧化碳的關鍵。
其實，在MOFs中，均勻對稱非常重要。天然材料通常都不具備均勻對稱性，所以很難結晶成高度有序而多空間框架材料。但伽馬-環(huán)糊精解決了這一難題：它由8個不對稱的葡萄糖殘基排列成一個環(huán)狀結構，這本身形成了一種對稱。把伽馬-環(huán)糊精和鉀鹽溶化在水中，水分和酒精的蒸發(fā)會使混合液結晶。
“事實證明，當我們把這些相互靠近的糖分子放到堿性環(huán)境中后，意想不到的事情發(fā)生了，它們開始與二氧化碳反應，過程類似于碳固定，也就是糖形成的過程。”研究報告的第一作者Jeremiah Gassensmith表示，“這個反應導致二氧化碳被緊緊地束縛在晶體內，但隨后我們仍然可以非常輕易地回收它。”
從MOFs與二氧化碳發(fā)生的不同尋常的反應可以檢測出，晶體是否已經達到滿負荷。研究小組在每個晶體內放入一種可以通過顏色改變來檢測pH值（表示氫離子活度的）變化的指示分子，當黃色的MOFs晶體內充滿二氧化碳后它們就會變成紅色。
這個新型的MOFs，不僅成本低廉，而且還有綠色環(huán)保的特點，這更促使他們成為商業(yè)化的候選產品。小組成員Ronald A. Smaldone博士后補充稱：“我想這是簡單化學能夠成功地應用于碳捕獲和傳感儀技術等相關問題的最好證明。”
據悉，美國國家自然科學基金委員會、美國能源部、英國工程和物理科學研究理事會、沙特國王科技大學，以及韓國高級科學和技術研究所均是這項研究的支持方。
