​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». 


Специалисты смогли понять, как функционирует структура, определили абсорбционные центры для различных видов газов, таких как СО2 и SO2, и в итоге работа исследователей помогла улучшить первоначальный материал путем создания нового метода молекулярного дизайна микропористых металл-органических каркасов.

Проблема очистки промышленных газов на сегодняшний день стоит особенно остро, и для ее решения, а также для поглощения и разделения токсичных газов синтетики Манчестерского университета смогли создать новый сложный материал-сорбент. Сложность работы с токсичными газами (например, SO2, NOx и другими) заключается в том, что они вступают в активную реакцию с иными веществами, подвергая их коррозии, но исследователи смогли решить эту задачу, создав стабильный сорбент — пористый металлоорганический каркас (неорганический центр + органический линкер с особым функционалом, который выступает «мостом» между узлами) с поляризованной структурой. Из-за сильной поляризации собрать такой каркас трудно, и для решения этой проблемы была предложена схема защиты полярного момента (азота) метильной группой (протектором), рядом с которой на определенном расстоянии держался атом хлора. Таким образом элементы компенсируют друг друга.

 

Наши возможности позволили исследовать динамику первоначального каркаса, и мы выяснили, что в этом каркасе метильная группа — это абсорбционный центр для диоксида углерода. Чтобы определить принцип работы, пришлось задействовать целый набор физико-химических методов, в итоге удалось составить детальную характеристику этого каркаса на молекулярном уровне, — рассказал о результатах исследования старший научный сотрудник лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ Даниил Колоколов. — Впоследствии наши коллеги из Манчестерского университета провели термоактивацию, в процессе которой отделились метильная группа и хлор. Остался лишь нейтральный каркас, который обладает еще большими селективными свойствами, нежели первоначальный вариант.

Исследования новосибирских ученых и их зарубежных коллег помогли не только прийти к предположению удалить протекторы, но и подтвердить на практике новый подход молекулярного дизайна для создания функциональных материалов — стабильных микропористых структур с заданными функциональными свойствами, которые способны селективно поглощать токсичные газы. Результат работы интернациональной команды ученых был опубликован в журнале «Chemical Science».
 

Селективное и обратимое поглощение различных токсичных газов применимо в горнодобывающей промышленности, черной металлургии, а также энергетике, основанной на процессах горения.

 

Справка:
Ранее группа сотрудников лаборатории совершила открытие в водородной энергетике. Ученые экспериментальным методом смогли разобраться с механизмом протонной проводимости и показали, каким образом возникают частицы-переносчики на поверхности мембраны, а также предложили дополнительную обработку поверхности, чтобы увеличить концентрацию переносчиков, тем самым улучшив проводимость. Потенциально это новый шаг в энергетике, который будет использоваться в современных источниках электропитания с помощью экологически чистых материалов. Результаты исследования международного научного коллектива опубликованы в престижном журнале «Chemistry of materials».

 

Лаборатория основана в рамках проекта 5-100.

Похожие новости

  • 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.
    3048
  • 30/08/2019

    Петр Корусенко: наша команда изучает наноматериалы с применением метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии

    ​Ландау, Сахаров, Капица, Курчатов – эти имена русских физиков известны не только в России, их исследования признаны во всем мире. В российские времена эта наука развивается не так бурно, однако нам и сейчас есть чем гордиться.
    960
  • 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.
    1047
  • 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.
    1041
  • 12/11/2019

    Новосибирские ученые разработали новый аналитический метод для характеристики катализаторов на пористых металл-органических каркасах

    ​Сотрудники лабораторий НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова представили результаты исследования аналитического метода катализа на металл-органических каркасах. Новый метод сочетает уже используемые методики с молекулами-зондами и твердотельную ядерную магнитно-резонансную спектроскопию.
    710
  • 29/04/2019

    Команда российских ученых выдвинула гипотезу о существовании жизни на Венере

    Ученые из Института космических исследований РАН, Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН и НГУ выдвинули гипотезу о существовании жизни на Венере. К таким выводам исследователей привела новая обработка панорамных изображений поверхности Венеры, полученных советскими аппаратами «Венера-9», «Венера-10», «Венера-13» и «Венера-14» в 1975—1982 годах.
    1436
  • 01/12/2016

    Новосибирские учёные создали энергосберегающие сорбенты нового типа

    ​Учёные из НГУ и Института катализа СО РАН разработали энергосберегающий сорбент на основе вспученного вермикулита (минерала, использующегося для выращивания растений на гидропонике), модифицированного хлоридом лития.
    2387
  • 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.
    1071
  • 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.
    1897
  • 24/03/2017

    Новосибирские и британские учёные разработали новый класс микропористых материалов

    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.
    1793