Источник, фото: пресс-служба НГУ
Группа ученых из лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Новосибирского государственного университета, Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН, Института неогранической химии СО РАН и Манчестерского университета разработала новый вид микропористых материалов — металл-органических каркасов, основанных на принципах направленного молекулярного дизайна.
Металл-органические каркасы — новый класс пористых гибридных материалов с регулярной кристаллической структурой состоящей из неорганических центров (ионы металлов или атомные кластеры из оксидов металлов), соединенных между собой органическими мостиковыми лигандами — линкерами. Подобная организация способствует созданию пористых материалов с крайне разнообразным химическим составом и представляет собой платформу для синтеза функциональных материалов широкого круга применения.
В работе, опубликованной в престижном международном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, учёные описывают, как им удалось при помощи направленного синтеза получить серию стабильных пористых каркасов, сочетающих в себе сверхвысокую удельную поверхность пор и высокую рабочую емкость удержания метана. Таким образом, используя данные материалы в качестве наполнителя, можно увеличить емкость стандартных газовых баллонов в несколько раз при сохранении безопасных рабочих давлений — например, в автомобилях с газовыми двигателями).
— Важным достижением является настраиваемый размер и геометрия пор: при сохранении общей топологии каркаса длина цилиндрических пор регулируется изменением центральной части органического линкера, — говорит научный сотрудник лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем НГУ кандидат физико-математических наук Даниил Колоколов.
Еще одной отличительной особенностью данных материалов является наличие высокоподвижных структурных фрагментов в пористых каркасах, что может оказывать существенное влияние на другие функциональные свойства: например, на частотную зависимость диэлектрической проницаемости или способность адсорбировать вещества различной химической природы.
Новосибирские ученые внесли основной вклад в изучении структурной подвижности новых материалов, наглядно показав: дизайн органического линкера позволяет регулировать скорость и другие параметры вращения подвижных молекулярных фрагментов структуры. По словам Даниила Колоколова, этот результат имеет важное фундаментальное значение, поскольку удалось достичь детального контроля над свойствами пористых каркасов. С другой, практической стороны, исследователи создали серию материалов с регулируемыми параметрами диэлектрической проницаемости, что может найти применение при создании новых диэлектриков, а также в качестве материалов для химических сенсоров.
