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

  • 06/05/2019

    «СКТБ Катализатор» ведет переговоры с «Газпром нефтью»

    ​Губернатор области рекомендовал инициаторам проекта активизировать переговоры и с другими нефтяными компаниями. — На какой стадии находится реализация проекта по созданию Сертификационного центра катализаторов (Инициатор АО «СКТБ Катализатор».
    1349
  • 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.
    1177
  • 12/02/2019

    Ученые выяснили, в каких регионах России выгодны тепловые установки на энергии солнца

    Ученые из России и Италии рассчитали, в каких регионах РФ и для каких нужд выгодно использовать преобразователи тепла, работающие на солнечной энергии. Оказалось, что летом такие установки могут нагревать воду для душа, стирки и других бытовых потребностей по всей России, даже в Оймяконе, сообщила во вторник пресс-служба Российского научного фонда (РНФ), при поддержке которого проводилось исследование.
    1172
  • 30/08/2021

    СКИФ станет важным звеном развития зеленых технологий, биологической безопасности и материаловедения

    ​Одним из ключевых мероприятий VIII Международного форума технологического развития «Технопром-2021» стало обсуждение перспектив новых исследований на базе строящегося в настоящее время ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов».
    726
  • 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.
    1393
  • 16/04/2021

    Разработки самого высокого полета

     Каждый восьмой грант, получаемый учеными региона, посвящен аэрокосмическим исследованиям. Новосибирские ученые вносят большой вклад в освоение космоса: тренажер для стыковки космических аппаратов, технология для изготовления солнечных батарей на орбите и на Луне, катализаторы орто-пара-конверсии водорода, аэродинамические исследования перспективного российского многоразового космического корабля «Орел» — вот далеко не полный перечень разработок, рожденных в Сибири.
    987
  • 26/11/2020

    НГУ и Институт катализа СО РАН создали платформу адресной подготовки специалистов для промышленности

    ​​​В Новосибирском государственном университете совместно с Институтом катализа СО РАН создано новое подразделение — Институт химических технологий. Институт действует по принципу гибкой платформы: заказчик ставит задачу, затем формируется команда преподавателей-исследователей при участии проходящих подготовку студентов и аспирантов.
    2372
  • 19/07/2021

    Катализаторы для выпуска современных моторных топлив импортозаместят в Омске

    Главгосэкспертиза России одобрила изменения в проекте производства катализаторов на площадке «Газпромнефть - Каталитические системы». Об этом Информагентство «Девон» узнало из сообщения ведомства. Дочернее предприятие «Газпром нефти» - реализует национальный проект по строительству современного катализаторного завода в Омске.
    371
  • 21/05/2020

    Трое сотрудников Института катализа СО РАН стали лауреатами конкурса мэрии Новосибирска в сфере науки и инноваций

    ​В последний день апреля были подведены итоги конкурсов на присуждение премий мэрии города Новосибирска, а также на предоставление грантов в форме субсидий в сфере в сфере науки и инноваций. Из 139 заявок к участию в конкурсе на присуждение премий было допущено 65, а в конкурсе на предоставление грантов в форме субсидий — 25 заявок.
    1022
  • 22/03/2021

    Ускоренный отбор. Генетические технологии обеспечивают продовольственную безопасность

    ​ В свое время создание сорта яровой пшеницы «Новосибирская-67» окупило первую очередь строительства Новосибирского Академгородка, как отмечал отец-основатель Сибирского отделения АН СССР академик Михаил Лаврентьев.
    955