Сотрудники Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН и лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ детально исследовали структуру металлоорганического каркаса материла ZIF-8, приведенного в частично аморфное состояние – стекло. Стекла из микропористых материалов синтезировали японские ученые. Результаты совместной работы новосибирцев и их коллег из университета Киото был опубликован в журнале Chem Comm (импакт-фактор – 6.290).

Стекла – это огромная часть индустрии. Количество потенциальных применений кристаллической структуры, преобразованной в стекло, увеличивается в десять раз, так как стекло имеет больше возможностей для использования. Стекло успешно поддается геометрическому формованию, имеет большую (по сравнению с синтезированными кристаллическими мембранами) плотность и цельность. Кристаллам же для поддержания нужной формы необходимые связующие вещества. Абсорбционные мембраны устроены еще сложнее: из-за невозможности спрессовать пленку ученые вынуждены создавать полимеры, которые становятся основой кристаллической мембраны, однако такой материал может распадаться, пропускать вещества, которые должен задерживать.

Японские ученые сделали первые шаги к изготовлению стекол из кристаллических материалов. За последние четыре года ими был осуществлен прорыв – создание стекол, во многом сохраняющих пористые свойства кристаллов, и вместе с тем пригодных к формованию. Новосибирские исследователи подробно изучили динамическую структуру нового фазового состояния.

— Создание стекол из гибридных материалов – это совершенно нетривиальное явление, так как органика при 500 °C просто сгорит. Однако были найдены специальные условия, которые сделали возможным появление пористого стекла. Этот продукт можно использовать, чтобы регулировать проницаемость различных реакторов и труб для повышения эффективности очистки веществ. Но, в отличие от кристалла, структура стекла не упорядочена. Поэтому, используя компетенции новосибирского научного центра, мы пытаемся понять, как и почему этот материал работает, а также почему одни виды металлоорганических каркасов стеклуются, а другие, похожие на них, нет, — рассказал старший научный сотрудник лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем ФФ НГУ и ИК СО РАН Даниил Колоколов.

картинка к новости.jpg  

Сибирские ученые исследовали частично аморфный материал, полученный из перспективного с точки зрения процессов разделения углеводородов кристалла ZIF-8. Выяснилось, что локальная структура материала сохраняется, но меняется динамика структурных объектов – увеличивается подвижность пропускающих окон, появляются новые типы движения.

— Из-за аморфности материала подвижность окон увеличивается, и, следовательно, это можно использовать для абсорбции более крупных веществ. Материал оказался локально искажен, что отразилась на органических структурах, линкерах – они стали гораздо подвижнее. Старые виды движения ускорились. Эта модификация помогла изменить параметры пропускной способности окон, снизить барьер, — отметил Даниил Колоколов.

Изменения, зафиксированные учеными НГУ и ИК СО РАН при помощи уникального метода твердотельной спектроскопии ядерного магнитного резонанса, демонстрируют, как меняется подвижность кристалла. Изучение стекла таким способом может дать науке более глубокую и детальную информацию о свойствах уже существующих стекол. Новосибирские исследователи показали, что динамика чувствительна к строению нового состояния. Данный подход можно распространить на похожие стеклующиеся материалы и расширить сферу применения этих веществ, их потенциал, а также привлечь к результатам исследования промышленный интерес.

— Совместно с нашими коллегами нам удалось получить пример метод синтеза частично разупорядоченных структур, схожих со стеклом. Мы смогли однозначно показать, как именно процесс разупорядочения влияет на локальное устройство этих материалов на молекулярном уровне. И, в частности, нам удалось доказать, что эта частичная хаотичность ускоряет внутренние динамические процессы, что потенциально означает один из способов увеличения скорости проницаемости этих материалов, устройств на их основе, — подчеркнул Даниил Колоколов.

Исследование выполнено при поддержке Российского Научного Фонда (проект № 17-73-10135).

Источники

Ученые исследовали новое фазовое состояние микропористых материалов
Новосибирский государственный университет (nsu.ru), 14/06/2019
Ученые исследовали новое фазовое состояние микропористых материалов
Российский научный фонд (rscf.ru), 14/06/2019

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.
    2318
  • 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.
    286
  • 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.
    857
  • 14/12/2018

    Новосибирские ученые помогли реализовать новый принцип молекулярного дизайна микропористых сред

    ​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».
    665
  • 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.
    433
  • 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.
    585
  • 25/07/2017

    Ученые ИК СО РАН создали новый материал для низкотемпературных топливных элементов

    ​​​Ученые Института катализа имени Г.К. Борескова СО РАН и Новосибирского государственного университета создали новый, более стабильный материал для низкотемпературных топливных элементов с протон-проводящей мембраной.
    970
  • 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.
    624
  • 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».
    1320
  • 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.
    548