​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.
    2632
  • 21/07/2017

    Новосибирские ученые нашли способ улучшить работу очистителей воздуха

    Ученые НГУ выиграли грант Российского научного фонда (РНФ). Разработка ученых поможет решить фундаментальные научные задачи, а также улучшить работу бытовых и профессиональных очистителей воздуха. Тема работы новосибирских ученых — «Фото- и терморазложение металлокомплексов как способ формирования наночастиц металлов и биметаллических структур на поверхности фотокаталитически активных материалов».
    1579
  • 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.
    747
  • 21/05/2019

    По итогам сочинского форума «Наука будущего — наука молодых»

    ​В Сочи завершились III Международная конференция «Наука будущего» и IV Всероссийский форум «Наука будущего — наука молодых». Мы попросили сибирских ученых, в них участвующих, рассказать, какие проекты они представляли на мероприятиях форума и с какими целями приехали сюда.
    480
  • 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.
    722
  • 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.
    338
  • 02/06/2018

    Новосибирские ученые научились создавать более емкие пористые материалы

    ​Ученые из лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем НГУ, сотрудники Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН Даниил Колоколов и Александр Степанов совместно с иностранными учеными создали серию нанопористых металл-органических каркасов — сорбентов с оптимальными параметрами хранения природного газа.
    767
  • 30/07/2018

    Ученые ИК СО РАН использовали растительные отходы, чтобы сделать топливо более экологичным

    Сотрудники лаборатории каталитических процессов переработки возобновляемого сырья Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН совместно с коллегами из Новосибирского государственного университета получили экологически чистое топливо, смешав бензин с веществом, полученным от переработки соломы и древесины.
    1002
  • 06/12/2019

    Как импортозамещение влияет на состояние рынка

    ​Импортозамещение положительно влияет на состояние рынка. Министр промышленности, торговли и развития предпринимательства Новосибирской области Андрей Гончаров рассказал о региональной программе содействия импортозамещению в экономике.
    245
  • 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.
    905