Исследователи из университета Южной Дании синтезировали кристаллический материал, который может связывать и поглощать кислород из воздуха в высоких концентрациях. Ведро нового вещества (объёмом 10 литров) поглотит весь кислород в комнате, который впоследствии может храниться и высвобождаться в случае необходимости.
Человек чувствует себя комфортно при содержании кислорода в воздухе в 21%. Но иногда требуются и более высокие концентрации: например, пациенты с заболеваниями лёгких вынуждены таскать за собой тяжёлые кислородные баллоны. Топливные элементы автомобилей также нуждаются в регулярной подаче кислорода. Возможно, в будущем появятся реверсивные топливные элементы, работающие от солнца, которые будут отделять кислород от водорода, а затем рекомбинировать их для получения энергии.
Профессор Кристин МакКензи (Christine McKenzie) и её ассистент Йонас Сандберг (Jonas Sundberg) с факультета физики, химии и фармации из университета Южной Дании синтезировали материал, способный поглощать кислород в больших количествах и хранить его.
"В лаборатории мы могли видеть, как этот материал вытягивает кислород из воздуха вокруг нас", – говорит МакКензи.
Ключевым компонентом нового материала является кобальт, связанный в специально разработанную металлоорганическую молекулу. Материал имеет такую молекулярную и электронную структуру, которая позволяет поглощать кислород из окружающей среды.
На самом деле подобный механизм используют все дышащие создания на Земле: человек и многие другие виды животных используют железо, а крабы и пауки, например, полагаются, на медь. Небольшие количества металлов имеют важное значение для поглощения кислорода организмом.
В зависимости от атмосферного содержания кислорода, температуры, давления и некоторых других факторов поглощение новым материалом кислорода может занять секунды, минуты, часы или дни. Различные версии вещества могут связывать кислород с различной скоростью.
Благодаря таким разработкам становится возможным производить устройства, которые высвобождают или поглощают кислород при различных обстоятельствах. Например, маска, содержащая верную последовательность слоёв этих материалов, может активно поставлять человеку кислород непосредственно из воздуха без помощи насосов или тяжёлого оборудования.
"По сути, когда наше вещество насыщенно кислородом, его можно сравнить с кислородным баллоном, в котором чистый кислород содержится под давлением. Разница лишь в том, что этот материал может содержать в три раза больше кислорода, – поясняет исследовательская группа. – Использование данной технологии может быть полезным для пациентов, нуждающихся в кислородных баллонах, например, больным с гипоксией, а также для дайверов. Изобретение уже окрестили Aquamancrystal. Всего несколько зёрен этого материала заменят громоздкие кислородные баллоны".
"Важное свойство этого материала — в обратимости его реакций с кислородом, – рассказывает МакКензи. – Он поглощает кислород в процессе так называемой селективной хемосорбции. То есть материал может быть использован как контейнер для кислорода. Мы можем использовать его для хранения и транспортировки кислорода, как твёрдый искусственный гемоглобин".
Исследовательская работа показала: вещество может поглощать и связывать кислород в концентрации в 160 раз большей, чем в воздухе вокруг нас.
"Интересно также, что материал может поглощать и выделять кислород много раз без потери производительности. Это как погрузить губку в воду, а затем отжать, и повторять процесс снова и снова", – поясняет МакКензи.
После того, как кислород был поглощён, он может храниться в материале столько, сколько потребуется. При этом кристалл чернеет. Кислород можно высвободить, осторожно нагрев материал или подвергая его воздействию низких давлений, близких к вакууму. Освободившись от кислорода, кристалл приобретает розовый цвет.
"Сейчас мы хотим понять, можем ли мы для высвобождения кислорода использовать свет, – делится планами МакКензи. – Если это так, то есть перспективы для использования материала в области искусственного фотосинтеза".
Научная статья о необычном материале была опубликована в издании Chemical Science.
