Исследовательская группа из Технологического университета Дармштадта разработала композитный материал на основе углерода и диоксида кремния, способный выборочно адсорбировать газы, такие как диоксид углерода, азот и аргон, из газовой фазы при приложении низкого электрического напряжения. При изменении напряжения ранее адсорбированные газы полностью десорбируются. Результаты опубликованы в журнале Advanced Science.
Разделение веществ — важнейшая задача в химии и промышленности. Классические методы, такие как дистилляция, требуют значительных энергетических затрат. Адсорбционные технологии представляют альтернативу, основанную на связывании молекул на поверхности твёрдых тел с последующим контролируемым высвобождением.
Для повышения энергоэффективности адсорбционных процессов разрабатываются материалы с управляемыми свойствами. В центре внимания находятся методы, основанные на электрическом управлении, особенно при наличии доступа к источникам возобновляемой энергии.
Впервые было показано, что низкое напряжение позволяет активировать адсорбцию CO2, N2 и Ar на композите из углерода и диоксида кремния. Материал обладает гетерогенными границами раздела между проводящими и диэлектрическими компонентами на уровне нескольких микрометров. Эти границы создают неоднородные электрические поля, в которых молекулы газа поляризуются и закрепляются на поверхности углерода.
Механизм основан на взаимодействии мультипольных моментов молекул с локальными полями. Адсорбция полностью обратима: при отключении поля газы высвобождаются. Таким образом, реализован эффект "электрического свинга" между фазами адсорбции и десорбции.
Принцип применим к газам с высокой поляризуемостью, что делает перспективным использование такого подхода для селективного разделения газовых смесей с помощью управляемого электрического поля.