Einblicke in die Verteilung von CO₂‐Molekülen und deren zeitliche Entwicklung durch Mikro‐Bildgebung mittels IR‐Spektroskopie und molekulardynamische Modellierung

Abstract

Mittels IR-Mikro-Bildgebung wurde die Entwicklung der CO 2 -Konzentration einer ZIF-8@6FDA-DAM-Mixed-Matrix-Membran während des Adsorptionsvorgangs räumlich und zeitlichaufgelçst aufgezeichnet. Indem die Entwicklung der CO 2 -Konzentration aufgelçst wird,w ird beobachtet, dass die CO 2 -Moleküle vom ZIF-8-Füllstoff,d er als "Schnellstraße" des Stofftransports wirkt, in das umgebende Polymer gelangen. Es bildet sich eine Schicht hoher CO 2 -Konzentration an der MOF/Polymer-Zwischenschicht, die sich bei hohen CO 2 -Gasdrückens t ärker ausbildet. Eine mikroskopische Erklärung des Ursprungs dieses Phänomens wird auf der Basis molekularer Simulation vorgeschlagen. Indem eine Rechenmethode eingesetzt wird, die auf quantenmechanischen und Kraftfeld-basierten Berechnungen fußt, wird die Bildung von Mikro-Hohlräumen in der MOF/Polymer-Zwischenschicht vorhergesagt. Großkanonische Monte-Carlo-Simulationen zeigen weiterhin, dass die CO 2 -Moleküle dazu neigen, sich bevorzugt in diesen Mikro-Hohlräumen aufzuhalten, woraus man schließen kann, dass dies die CO 2 -Anreicherung in der Zwischenschicht erleichtert.