Международная группа ученых из лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Новосибирского государственного университета, Института катализа СО РАН, Института неогранической химии СО РАН и Манчестерского университета разработала новый вид микропористых материалов — металл-органических каркасов, основанный на принципах направленного молекулярного дизайна.

Металл-органические каркасы представляют собой 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 создает условия для создания пористых материалов с крайне разнообразным химическим составом и представляет собой платформу для направленного 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 сверх высокую удельную поверхность пор (~ 3000-4000 м2/г) и высокую рабочую ёмкость удержания метана (0.24 г/г, 163 см3/см−3 при 298 K, 5–65 бар).

Таким образом, при использовании данных материалов в качестве наполнителя, можно увеличить в несколько раз ёмкость стандартных газовых баллонов (например, используемых в автомобилях с газовыми двигателями) при сохранении безопасных рабочих давлений.

— Важным достижением является регулируемый размер и геометрия пор: при сохранении общей топологии каркаса длина цилиндрических пор регулируется направленным изменением центральной части органического линкера, — говорит соавтор статьи кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем НГУ Даниил Колоколов.

Еще одной отличительной особенностью данных материалов является наличие высокоподвижных структурных фрагментов в пористых каркаса. Таким образом каркас представляет собой регулярную структуру (array) стохастических молекулярных роторов. При этом характер этой структурной подвижности 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 и позволили наглядно показать, что дизайн органического линкера позволяет направленно регулировать скорость и другие параметры вращения подвижных молекулярных фрагментов структуры.

 

По словам Колоколова, этот результат, с одной стороны имеет важное фундаментальное значение, поскольку при помощи молекулярного дизайна удалось достичь детального контроля над свойствами пористых каркасов. С другой, более практической стороны, удалось создать серию материалов с регулируемыми параметрами диэлектрической проницаемости, что может найти применение при создании новых диэлектриков, а также в качестве материалов для химических сенсоров.

 

 

Похожие новости

  • 26/11/2018

    В НГУ состоялся школьный Турнир юных химиков

    ​ТЮХ — командно-личное соревнование учащихся в их способности решать сложные химические задания, представлять решения в убедительной форме и защищать их в научной дискуссии. Организаторы турнира заранее опубликовали список задач открытого типа (т.
    1447
  • 20/11/2018

    Новосибирские ученые совершили открытие в водородной энергетике

    ​Ученые лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН подробно изучили устройство протонно-обменной мембраны — главной части топливной электрохимической ячейки — и смогли выяснить, как улучшить ее проводимость.
    589
  • 08/12/2016

    Новосибирские химики производят уникальные композитные материалы для сжигания топлива

    ​Специалисты Новосибирского государственного университета и институтов СО РАН создают керамометаллические композитные матрицы на основе порошка алюминия, его оксида и сплавов. Эти уже успешно испытанные материалы обладают уникальными характеристиками, в частности, высокой теплопроводностью, и используются для структурированных катализаторов процессов сжигания и трансформации топлив.
    2324
  • 14/12/2018

    Новосибирские ученые помогли реализовать новый принцип молекулярного дизайна микропористых сред

    ​Ученые лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН исследовали материал для селективной абсорбции токсичных газов и смогли составить детальную характеристику компонентов, составляющих «молекулярное сито».
    668
  • 10/07/2019

    Профессор Елена Болдырева: моя деятельность связана с очень амбициозным проектом

    Елена Болдырева - ведущий научный сотрудник Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН, главный научный сотрудник Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, заведующая кафедрой химии твердого тела факультета естественных наук Новосибирского госудрственного университета доктор химических наук.
    192
  • 13/03/2017

    Центр энергоэффективного катализа НГУ как воплощение идеи интеграции НГУ и ИК СО РАН

    Научно-образовательный центр энергоэффективного катализа (НОЦ ЭК), созданный Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Новосибирским государственным университетом при финансовой поддержке Фонда «Сколково», за три года функционирования показал выдающиеся результаты.
    1296
  • 11/03/2019

    Исследования новосибирских ученых попали на обложку международного кристаллографического журнала

    ​Публикация посвящена исследованию кристаллических структур двух соединений при варьировании температуры: молекулярной соли и смешанного кристалла в системе β-аланина и DL-винной кислоты, имеющих одинаковый стехиометрический состав 1:1, но различную кристаллическую структуру.
    440
  • 17/10/2016

    Новосибирские учёные исследуют искусственные наночастицы

    ​Группа специалистов из лаборатории радиоуглеродных методов анализа Новосибирского государственного университета и ряда институтов СО РАН провела исследование с помощью ускорительной масс-спектрометрии, результаты которого убедительно показали — искусственные наночастицы, которых в окружающей атмосфере становится всё больше, очень плохо выводятся из организмов млекопитающих.
    2344
  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    801
  • 26/10/2016

    Сибирские и китайские учёные обнаружили сильную фотолюминесценцию в «дефектном» графене

    ​Специалисты из Новосибирского государственного университета, Института неорганической химии СО РАН и Пекинского университета химических технологий исследовали свойства модифицированного графита — перфорированного окисленного графена.
    2777