Metaalchalcogenide sorteert gasmoleculen op polariseerbaarheid

Een honingraatstructuur met germanium als belangrijkste component scheidt een mengsel van waterstof en CO₂ vier keer selectiever dan bestaande membranen. Dat brengt de waterstofeconomie weer een stukje dichterbij, zo suggereren Gerasimos Armatas en Mercouri Kanatzidis (Northwestern University, VS) op de website van Nature Materials.

Het nieuwe membraan wordt omschreven als een metaalchalcogenide. Naast germanium zit er zwavel, seleen of telluur in. De gewenste structuur groeit op een ‘sjabloon’ van N-eicosaan-N, N-dimethyl-(N-(2-hydroxyethyl)ammoniumbromide (EDMHEAB), een amfifiele oppervlakte-actieve stof.

De hoge scheidingsefficiëntie wordt bereikt doordat het chalcogenide niet sorteert op grootte maar op interactie met de passerende gasmoleculen. De poriën zijn 2 tot 3 nanometer breed, dus waterstof en CO2 kunnen er allebei gemakkelijk doorheen. Het verschil is volgens Kanatzidis dat H₂ een ‘hard’ molecuul is en CO₂ een ‘zacht’ molecuul dat zich gemakkelijk laat polariseren. De zwavel-, seleen- of telluurionen in de poriewand zijn eveneens ‘zacht’. Hun elektronenwolken vertonen interactie met die van CO₂. Gevolg is dat H₂ linea recta door de poriën heen vliegt terwijl CO₂ sterk wordt afgeremd.

Methaan en koolstofmonoxide kun je op deze manier ook van waterstof scheiden: ze zijn ietsje minder ‘zacht’ maar het verschil is nog groot genoeg.

bron: Northwestern University