Harneisio diffygion mewn deunyddiau nano-fandyllog er mwyn eu defnyddio at ddiben da

Mae'r Sefydliad Ymchwil Diogelwch Ynni'n datgelu agweddau sylfaenol ar ddeunyddiau diffygiol y gellir eu defnyddio i ddal CO2.

Metal organic frameworks 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mae'r gair 'diffyg' yn gyffredinol yn dwyn i gof rhyw nodwedd negyddol, annerbyniol, ond mae ymchwilwyr yn y Sefydliad Ymchwil Diogelwch Ynni (ESRI) ym Mhrifysgol Abertawe wedi dod i gasgliad gwahanol: ym maes deunyddiau nano-fandyllog, gellir manteisio ar ddiffygion er lles, os ydych yn gwybod sut i'w harneisio.

Fframweithiau Metel-Organig

Mae tîm dan arweiniad Dr Marco Taddei, Cymrawd Gweithredoedd Marie Sklodowska-Curie ym Mhrifysgol Abertawe, yn ymchwilio i sut gellir addasu priodweddau fframweithiau  metel-organig, dosbarth o ddeunyddiau sy'n gyffelyb i sbyngau microsgopig, er mwyn manteisio ar eu diffygion fel y gallant ddal CO2 yn fwy effeithiol.

Mae Dr Taddei meddai: "Mae fframweithiau metel-organig yn ddeunyddiau hynod ddiddorol am eu bod yn llawn gofod gwag y gellir ei ddefnyddio i gipio a dal nwyau. Yn ogystal, gellir trin eu strwythur ar lefel atomig fel y byddant yn dethol nwyau penodol, yn yr achos hwn, CO2."

"Mae deunyddiau o'r math hwn sy'n cynnwys yr elfen sirconiwm yn arbennig, am eu bod yn gallu colli llawer o gysyllteddau heb chwalu. Rydym yn gweld y diffygion hyn fel cyfle deniadol i chwarae â phriodweddau'r deunydd."

Aeth yr ymchwilwyr ymlaen i ymchwilio i  rôl diffygion mewn proses sy'n cael ei hadnabod fel "cyfnewid ôl-synthetig", lle mae fframwaith metel-organig yn cael ei syntheseiddio i ddechrau ac yna ei addasu drwy gyfnewid rhai o gydrannau ei strwythur. Buont yn astudio'r ffenomen wrth iddi ddigwydd, gan ddefnyddio cyseiniant magnetig niwclear, techneg nodweddu gyffredin mewn cemeg. Roedd hyn yn caniatáu iddynt ddeall rôl diffygion yn ystod y broses.

Gellir darllen yr astudiaeth newydd yn y cyfnodolyn effaith uchel rhyngwladol, Angewandte Chemie.

"Canfu'r tîm fod y diffygion yn safleoedd adweithiol iawn o fewn strwythur y fframwaith metel-organig, a thrwy eu haddasu, gallwn effeithio ar briodweddau'r deunydd mewn modd unigryw." Meddai Dr Taddei: "Mae'r ffaith ein bod wedi gwneud hyn drwy ddefnydd helaeth o dechneg sydd ar gael yn rhwydd i unrhyw gemegwr ledled y byd yn un o uchafbwyntiau'r gwaith yn fy marn i.

Ymchwil ESRI

Meddai Cyfarwyddwr ESRI, Athro Andrew Barron, sy'n gyd-awdur y gwaith: "Yn ESRI, mae ein hymdrechion ymchwil yn canolbwyntio ar wneud effaith ar y ffordd rydym yn cynhyrchu ynni, er mwyn ei wneud yn lân, yn ddiogel ac yn fforddiadwy. Fodd bynnag, rydym yn ymwybodol iawn mai dim ond drwy ddealltwriaeth ddofn o'r egwyddorion sylfaenol y gellir gwneud cynnydd mewn ymchwil cymhwysol. Mae'r gwaith hwn ar yr union drywydd hwnnw."

Mae'r astudiaeth yn profi cysyniad, ond mae'r canfyddiadau hyn yn gosod sylfeini ar gyfer gwaith yn y dyfodol, a ariennir gan y Cyngor Ymchwil Peirianneg a'r Gwyddorau Ffisegol. Nod yr ymchwilwyr yw dysgu sut i drin strwythurau diffygiol drwy ddulliau cemegol, er mwyn datblygu deunyddiau newydd â gallu gwell i ddal CO2 o nwyau gwastraff a gynhyrchir gan weithfeydd dur, mewn cydweithrediad â Tata Steel a Choleg Prifysgol Corc.

"Mae'n hanfodol ein bod yn lleihau allyriadau CO2 sy'n deillio o gynhyrchu ynni a phrosesau diwydiannol er mwyn atal effeithiau difrifol ar yr hinsawdd," meddai un o'r cyd-awduron, Dr Enrico Andreoli, Uwch-ddarlithydd ym Mhrifysgol Abertawe ac arweinydd y grŵp Dal a Defnyddio CO2 yn ESRI. "Mae ymdrechion ein grŵp yn canolbwyntio ar ddatblygu deunyddiau newydd i ddal CO2 yn effeithlon a phrosesau hwylus i drawsnewid y CO2 hwn yn gynhyrchion gwerthfawr."

Mae Dr Taddei, Athro Barron ac Dr Andreoli yn trefnu'r Gweithdy Ewropeaidd cyntaf ar Gemeg Ffosffonadau Metel a gynhelir yn ESRI ar 19 Medi 2018.

Cefnogwyd yr ymchwil gan raglen ymchwil ac arloesi Horizon 2020 yr Undeb Ewropeaidd, dan gynllun Marie Skłodowska-Curie, Rhaglen Sêr Cymru Llywodraeth Cymru, FLEXIS a RICE (drwy Gronfa Datblygu Rhanbarthol Ewrop) a Sefydliad Robert A Welch.

Gellir darllen yr erthygl wreiddiol,  “Post-synthetic ligand exchange in zirconium-based metal-organic frameworks: beware of the defects!” gan Taddei, Wakeham, Koutsianos, Andreoli, Barron.

ESRI

Mae'r Sefydliad Ymchwil Diogelwch Ynni mewn sefyllfa i ddarganfod technoleg newydd a'i rhoi ar waith er dyfodol ynni sy'n gynaliadwy, yn fforddiadwy ac yn ddiogel, ac mae wedi'i leoli ar gampws newydd o safon fyd-eang Prifysgol Abertawe, Campws y Bae. Mae ESRI yn darparu amgylchedd eithriadol ar gyfer gwneud ymchwil arloesol ar draws disgyblaethau sy'n ymwneud ag ynni a diogelwch ynni, gan ganolbwyntio ar ynni adnewyddadwy, hydrogen, dal a defnyddio carbon, yn ogystal â thechnolegau olew a nwy newydd.

 Logos of Marie Curie, ESRI, EPSRC and ERDF