I över 100 år har det bedömts vara omöjligt att syntetisera men nu har forskare vid Ångströmlaboratoriet,
Uppsala universitet av en slump lyckats framställa ett nanomaterial av
icke-kristallint magnesiumkarbonat. Upptäckten publiceras i den
ansedda tidskriften PLOS ONE.
Materialet har bättre
vattenadsorption än något annat känt material och den största ytarea som
hittills har uppmätts för något material i samma familj.
De
unika egenskaperna gör det högintressant, bland annat, för tekniska
tillämpningar där kontrollerad luftfuktighet är av största vikt.
Materialet,
bestående av magnesiumkarbonat (MgCO3), har fått namnet Upsalite och
förväntas kunna minska den energi som behövs för att kontrollera miljöer
där luftfuktigheten är helt avgörande för process eller funktion, t ex
vid framställning av elektronik eller läkemedel, eller i lagerbyggnader,
varuhus och hockeyarenor. Det skulle också kunna användas för att
sanera olja, kemikalier och miljögifter, liksom vid sanering efter
bränder.
– I motsats till vad som påståtts i den vetenskapliga
litteraturen i över 100 år har vi lyckats tillverka en vattenfri variant
av magnesiumkarbonat vid temperaturer väl under 100 °C, säger Johan
Goméz de la Torre, en av artikelförfattarna.
Vidare visade det
sig att det framställda materialet är icke-kristallint (amorft) och
extremt poröst med porer i storleksordningen mindre än 10 nanometer i
diameter, vilket bland annat ger materialet en utmärkt förmåga att
adsorbera fukt. Olika faser av kristallint magnesiumkarbonat är vanligt
förekommande i naturen – både med och utan vatten i kristallstrukturen.
– Icke-kristallin magnesiumkarbonat förekommer dock inte naturligt
vilket gör upptäckten överraskande. Vi hade förväntat oss att framställa
ett kristallint material, säger Johan Goméz de la Torre.
De
första försöken att framställa magnesiumkarbonat var inte så lyckosamma
men när Uppsalaforskarna ändrade i syntesprocessen och av misstag
lämnade synteskärlet över helgen hände det något. Tillbaka på arbetet på
måndagsmorgonen visade det sig att en gel bildats i kärlet och
analyserna av den torkade gelen gjorde forskarna allt mer entusiastiska.
Materialet
har därefter analyserats i detalj och processen finjusterats
ytterligare. En av gruppmedlemmarnas kunskaper i ryska har kommit väl
till pass eftersom delar av den kemi de behövde förstå för att förstå
reaktionen bara fanns tillgänglig i en äldre rysk avhandling.
– Efter alla analyser stod det klart att vi verkligen framställt
magnesiumkarbonat på ett vis som man tidigare trott var omöjligt, säger
Maria Strømme, professor i nanoteknologi och forskningsledare.
Men
det mest häpnadsväckande var materialets egenskaper. Tack vare sin
porösa natur så har Upsalite den största yta som någonsin uppmätts för
ett karbonat av en alkalisk jordartsmetall; 800 kvadratmeter per gram.
Detta placerar det i en exklusiv klass av porösa material med stor yta
som inkluderar bland annat zeoliter och kolnanorör.
– Sammantaget betyder detta att vi tror att detta material kan bereda väg
för en rad nya hållbara och energibesparande produkter med flera
industritillämpningar, säger Maria Strømme.
Materialet kommer att utvecklas vidare genom spin-off-företaget Disruptive Materials (http://www.disruptivematerials.com), som har startats av forskarna tillsammans med Uppsala universitets holding-bolag UUAB.
Länk till studien på tidskriftens webbplats: http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0068486
Källa: Uppsala universitet
