The need for speed in separations and sensing Transport diffusion in metal-organic frameworks

Promovendus/a: Margot Fabienne Kristoffel Verstreken

Promotor(en): Prof. dr. ir. Rob Ameloot

Nanoporeuze materialen zijn hele kleine sponsachtige structuren. Ze bieden de mogelijkheid om industriële processen efficiënter en duurzamer te maken. Een bijzondere groep binnen deze materialen zijn metaal-organische roosters (MOFs). Dankzij unieke eigenschappen zoals een groot intern oppervlak, aanpasbare poriegroottes en flexibele structuren, zijn MOFs veelbelovend voor toepassingen zoals gasopslag, scheidingstechnieken, katalyse en zelfs gassensoren. Waar veel onderzoek zich richt op hoe goed deze materialen moleculen kunnen opnemen, legt dit onderzoek de nadruk op een vaak vergeten aspect: hoe snel moleculen door deze materialen bewegen. Deze eigenschap, diffusie genoemd, speelt een cruciale rol in praktische toepassingen en wordt in dit werk onderzocht voor zijn rol in gasscheidingen en gasdetectie.

Een belangrijke toepassing is de detectie van vluchtige organische stoffen (VOS). Deze gassen komen veel voor in onze omgeving en zijn waardevolle indicatoren om bijvoorbeeld luchtkwaliteit, gezondheidsdiagnostiek, voedselveiligheid en chemische lekkages in kaart te brengen en op te sporen. Het detecteren van VOS is echter complex vanwege hun lage concentraties en de aanwezigheid van vele andere gassen in de lucht. Traditionele sensoren schieten vaak tekort in nauwkeurigheid en selectiviteit. Dit onderzoek introduceert een nieuw concept: kinetische selectiviteitsdetectie. Hierbij wordt gebruikgemaakt van de snelheid waarmee VOS door nanoporeuze materialen bewegen om ze te identificeren in plaats van de concentraties van de VOS in de lucht.

Met deze aanpak wordt een nieuwe generatie efficiënte "elektronische neuzen" mogelijk gemaakt, die VOS selectief kunnen detecteren in complexe omgevingen. Dit onderzoek laat zien dat kinetisch selectieve detectie een veelbelovende oplossing biedt voor uitdagingen in sensortechnologie en opent de deur naar betere en betrouwbaardere detectiemethoden.