La séparation des gaz tels que l'hydrogène de composés plus gros dans l'air est une partie importante de la fabrication et de la production d'énergie. Mais c'est aussi un processus coûteux, nécessitant de grandes quantités d'énergie et un réseau compliqué de machinerie lourde pour être rentable.

Yaroslav Filinchuk, professeur de chimie à l'Université Catholique de Louvain, La Belgique, et Michael Heere, chercheur du Karlsruhe Institute of Technology et affilié au réacteur de recherche Forschungsreaktor München II à Munich, Allemagne, peut avoir une solution à ce problème. En utilisant la diffusion de neutrons au laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) du ministère de l'Énergie (DOE), Filinchuk et Heere étudient un matériau qui pourrait changer la façon dont nous récoltons des matériaux industriels de valeur.

"Nous avons un matériau unique. C'est le premier matériau d'hydrure métallique poreux de sa classe unique, " a déclaré Filinchuk. "Nous avons un échantillon ici [Mg(BH 4 ) 2 ], et nous essayons de l'exposer à différents gaz pour voir si nous pouvons mieux comprendre comment il absorbe ces gaz."

Un hydrure métallique complexe est un matériau composé d'atomes d'hydrogène et de métal liés ensemble. Les hydrures métalliques sont courants dans certaines batteries, où ils sont utilisés pour stocker l'hydrogène. Mais les pores du borohydrure de magnésium en font un outil particulièrement bon pour le stockage de l'hydrogène, permettant à la substance d'absorber une énorme quantité d'hydrogène, plus du double de la quantité trouvée dans l'hydrogène liquide. Quoi de plus, ces pores ont la taille parfaite pour filtrer les molécules comme le krypton et le xénon les unes des autres ou de composés plus gros, éliminant potentiellement le besoin d'équipements de réfrigération lourds actuellement utilisés pour refroidir, Capturer, séparé, et stocker des gaz industriels.

« Quand vous avez quelque chose qui peut stocker autant d'hydrogène et potentiellement isoler des gaz industriels précieux, c'est assez excitant, " dit Heere.

Les neutrons sont particulièrement bien adaptés à ce type de recherche car ils peuvent pénétrer profondément dans des hydrures métalliques complexes comme le Mg(BH 4 ) 2 et sont extrêmement sensibles aux éléments légers tels que l'hydrogène.

En utilisant le diffractomètre à neutrons grand angle récemment mis à niveau (WAND ² ), ligne de lumière HB-2C, au réacteur isotopique à haut flux de l'ORNL (HFIR), Filinchuk et Heere peuvent localiser avec précision les molécules d'hydrogène lorsqu'elles interagissent avec la surface du matériau, même lorsque ces particules sont masquées par des atomes plus gros dans le composé métal-hydrure.

« C'est un nouveau type d'expérience pour nous. Nous sommes en mesure d'étudier ces interactions avec des détails sans précédent grâce aux améliorations que nous avons apportées, qui comprennent l'installation d'un nouveau détecteur, qui ont amélioré l'efficacité de l'instrument d'un facteur 15, " a déclaré Matthias Frontzek, spécialiste des instruments.

"Les neutrons nous donnent une très bonne impression de ce qui se passe avec notre substance et les gaz auxquels nous l'exposons. Nous pouvons voir des molécules entrer et sortir de Mg(BH 4 ) 2 's pores comme des clés passant à travers une serrure, " ajouta Filinchuk.

Cette expérience est particulièrement difficile, présentant un certain nombre de risques techniques uniques que le personnel de l'ORNL a dû prendre en compte tout en aidant Filinchuk et Heere à préparer leur projet.

"Oak Ridge National Lab est le genre d'endroit où vous pouvez réaliser ces expériences compliquées. Les gens sont prêts à investir du temps pour aider les utilisateurs à faire de la science difficile en toute sécurité, " a expliqué Simon Kimber, spécialiste des instruments.

Alors que Filinchuk et Heere notent qu'il reste encore beaucoup de recherches à faire avant d'avoir une compréhension globale de ce que Mg(BH 4 ) 2 est capable de, ils espèrent que leurs données auront un impact.

"Nous aimerions apporter une contribution significative non seulement à l'industrie, mais aussi au domaine de la science des matériaux en général, " dit Heere.