Сотрудники лабораторий НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова представили исследование влияния электронодонорных «гостей» на подвижность линкеров в металлоорганическом каркасе на основе хрома MIL-101. Особенность этого каркаса заключается в том, что часть его линкеров очень подвижна, и это позволяет регулировать пропускную способность кристаллической конструкции. Новосибирские ученые совершили прорыв: исследовали механизм движения так называемых «молекулярных машин» — организованной определенным образом материи с подвижными вращающимися элементами — и разработали новый способ управления параметрами вращения молекулярных роторов в структуре каркаса.

 
Одно из важнейших направлений для современных исследований металлоорганических каркасов — создание сенсоров нового поколения, которые могут иметь как фундаментальное, так и прикладное значение. Например, для получения чистых реагентов для процессов, где сверхмалые примеси могут испортить качество получаемого материала, как в полупроводниковой промышленности или при получении новых лекарств.

Металлоорганические каркасы представляют собой класс гибридных кристаллических пористых материалов, состоящих из ионов металлов или кластеров, соединенных вместе органическими линкерами. Большой объем пор, внутренняя площадь поверхности и химическая изменчивость каркасов делают их идеальной платформой для создания настраиваемых функциональных материалов широкого спектра применений, включая хранение и очистку газа, катализ и сенсорные элементы. 
 
 
5f042712aee_n.jpg 

— Есть микропористые материалы, которые можно использовать в качестве платформы для абсорбции. А можно смотреть шире и применять их еще и в качестве сенсоров. В отсутствие гостевых молекул люминесценции никакой нет — она тушится за счет вращения «молекулярных роторов» — подвижных фрагментов структуры каркаса. Но когда появляется достаточное количество «гостей», которые тормозят вращение, в материале, через который проходит вещество, появляется свечение — его можно засечь, применяя доступные оптические методы. Таким образом, получается, что при использовании подвижности линкеров мы получаем очень точный индикатор, реагирующий на посторонние вещества, — рассказал старший научный сотрудник лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем ФФ НГУ и ИК СО РАН Даниил Колоколов. Он подчеркнул, что перед учеными сейчас стоит важная задача — создание сенсоров на основе различных принципов, в первую очередь оптических. По словам исследователя, подобные разработки вносят вклад в создание химического «языка», способного при помощи различных методов и способов (таких как ультразвук, электрические сигналы и других) улавливать малейшие примеси посторонних веществ.

Новосибирские ученые исследовали динамику пустого MIL-10 и в присутствии гостевых молекул и выяснили, что в зависимости от количества и типа гостевых молекул в активных центрах конструкции скорость и параметры вращения линкеров радикально меняются. Таким образом сотрудники НГУ и Института катализа научились управлять процессом вращения молекулярных «роторов» за счет химического взаимодействия — эти уникальные методы впервые в мире были применены именно учеными Академгородка.
— Мы выяснили, что вращение сильно зависит от координируемой молекулы. Мы сравнивали четыре типа молекул: воду (побочный продукт реакции окисления), трет-бутиловый спирт и типичные зонды для измерения кислотности в катализе. Исходя из подвижности линкеров, нам удалось доказать, что сильнее всего координируется вода. Меняя тип координируемой молекулы, мы можем теперь управлять скоростью вращения и энергетическим барьером при нужной температуре, — пояснил Даниил Колоколов. — Важно отметить, что влияние гостевых молекул обусловлено не просто геометрическим заполнением поры каркаса, а точечным взаимодействием молекулы гостя с активным центром. Это требует гораздо меньшего количества гостей.
Кроме того, сейчас новосибирские исследователи работают над влиянием на изменения геометрии функциональных групп, что также позволить регулировать транспортировку определенных веществ путем сужения молекулярных окон.

— На данный момент одна из основных функций каркаса — каталитическая. Он используется не просто как носитель активных центров, а еще как своеобразный наноразмерный реактор. Есть целое направление в науке — создание микрореакторов для химических превращений. Если вся реакция происходит в микропорах, процесс проще контролировать – большой поток разбивается на множество маленьких элементов, — объяснил исследователь.

Похожие новости

  • 02/01/2019

    Созданы катализаторы для сжигания продуктов газификации твердого топлива

    ​Российские ученые разработали новый композитный катализатор на основе оксидов железа, меди и алюминия и определили его активность. Разработанный катализатор будет использоваться для сжигания продуктов газификации различных видов топлива в кипящем слое.
    819
  • 12/12/2018

    Новосибирские ученые разработали новый материал для полного выделения водорода из любой смеси газов

    Нанокомпозит, созданный новосибирскими химиками, может использоваться для выделения водорода в высокотемпературных каталитических реакторах: он устойчив к агрессивной среде, высоким температурам (до 1 000 oС) и дешевле создаваемых ранее материалов, содержащих палладий.
    1249
  • 10/04/2019

    Российские ученые нашли лучший катализатор для добычи энергии из отходов

    Российские ученые определили состав катализатора, наиболее эффективно ускоряющего процесс экологически чистого получения энергии из отходов, результаты работы, которые могут найти практическое применение в промышленности, опубликованы в престижном международном журнале Catalysis Letters.
    709
  • 16/07/2019

    Международная школа по методам высоких давлений Европейского центра синхротронных исследований

    ​Преподаватель и студенты новой междисциплинарной магистерской программы «Методическое обеспечение физико-химических исследований конденсированных фаз» приняли участие в международной школе по методам высоких давлений (Schoo on High Pressure Techniques), которая прошла в Гренобле (Франция) с 17 по 21 июня.
    489
  • 31/10/2016

    В НГУ проходит российско-японская конференция по перспективным наноматериалам

    ​Новосибирский государственный университет совместно с Институтом химии твёрдого тела и механохимии СО РАН и Университетом Тохоку проводит с 30 октября по 2 ноября 2016 года российско-японскую конференцию «Advanced Materials: Synthesis, Processing and Properties of Nanostructures», посвящённую перспективным материалам и наноструктурам.
    3450
  • 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.
    989
  • 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.
    1489
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    768
  • 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.
    366
  • 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.
    2583