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

  • 06/05/2020

    Новосибирские ученые продвинулись в изучении экологически чистых протонно-обменных мембран

    ​​Ученые лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН подробно изучили молекулярный механизм проводимости в бескислотной протонно-обменной мембране на основе пористого металл-органического каркаса и мочевины.
    675
  • 06/08/2020

    Шаг в «водородную эру» - интервью с молодым сибирским ученым Дмитрием Потемкиным

    ​Весной этого года сразу трое сотрудников Института катализа СО РАН стали лауреатами конкурса мэрии Новосибирска в сфере науки и инноваций среди молодых ученых. В их числе – кандидат химических наук Дмитрий Потемкин, чья работа связана с созданием катализаторов и технологий для водородной энергетики.
    395
  • 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.
    4247
  • 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.
    1743
  • 21/05/2020

    Новосибирские ученые участвовали в разработке усовершенствованных экологически чистых протонно-обменных мембран

    ​​Ученые лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН совместно с коллегами из Кёнбукского Национального Университета (г.
    486
  • 30/12/2019

    Новосибирские ученые совместно с иностранными коллегами установили новый способ создания незамерзающих ионных жидкостей

    ​Ученые Новосибирского научного центра совместно с группой исследователей из Университета Ростока (Германия) под руководством ведущего специалиста по экспериментальному и теоретическому описанию водородосвязанных систем профессора Ральфа Людвига установили новый способ создания незамерзающих ионных жидкостей.
    1057
  • 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.
    1584
  • 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.
    1180
  • 13/07/2020

    Новосибирские ученые усовершенствовали процесс разделения ксилолов

    ​Ученые лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ и Института катализа СО РАН исследовали молекулярный механизм процесса получения чистых изомеров ксилола.
    810
  • 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.
    1935