У металлоорганического каркаса обнаружили «неуловимое» состояние

Kutay Sezginel/Hypothetical Materials Lab

Российские ученые совместно с коллегами из Германии открыли металлоорганический каркасный пористый полимер, который достаточно долго находится в промежуточном состоянии, когда одна часть пор открыта, а другая — закрыта. Такое состояние ранее считали неуловимым. Вместо пары миллисекунд кристалл пробыл в этом положении несколько дней. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Communications.

Металлоорганические каркасы — это кристаллические пористые материалы из органических и неорганических компонентов, например из ионов металлов, которые связаны между собой органическими молекулами. Они представляют собой решеточную структуру, где металлы и органика образуют определенную «сетку». Ученым сегодня известно несколько десятков тысяч подобных материалов. У некоторых металлоорганических каркасов есть особое свойство — они способны изменять структуру и размер своих пор в ответ на внешние раздражители при воздействии температуры, газов, жидкостей, электромагнитного излучения или другого механического воздействия. При этом в них могут попадать другие молекулы, например газа или лекарственных соединений. Благодаря этой особенности подобные металлоорганические каркасы можно использовать для поглощения и хранения различных химических веществ, например для тонкой очистки газов с выделением из них редких соединений. Подобных соединений известно только несколько десятков. Но их широкое применение остается ограниченным до тех пор, пока ученые не разберутся, как переключать поры из открытого положения в закрытое и обратно.

Ученые из Института физики им. Л. В. Киренского Красноярского научного центра СО РАН, Сибирского федерального университета и Дрезденского технического университета обнаружили металлоорганический каркас, который способен находиться в открытом и закрытом состоянии одновременно. Ранее считалось, что кристалл закрывается практически мгновенно и может существовать только в одном из этих состояний. Исследователи изучали металлоорганический каркас на основе никеля. Они «давили» на грани пор разными жидкостями, одной из которых был метанол. Его молекулы меньше, чем молекулы каркаса, поэтому они проходили внутрь и оказывали очень слабое давление на каркас. Также ученые использовали силиконовое масло. Его молекулы больше, чем поры, поэтому они давят на каркас снаружи и переводят его из открытого в закрытое состояние. В результате ученые обнаружили, что в такой структуре одновременно закрываются не все поры. Из-за этого в металлоорганическом каркасе создается промежуточное состояние, когда часть пор осталась открытой.

«Ранние исследования выполнялись в газовых средах и при давлении в десятки атмосфер. Наша работа проводилась в жидкой среде и при гораздо большем давлении — тысячи атмосфер. Раньше исследователи предполагали, что промежуточное состояние создается не одним кристаллом, а несколькими. Считали, что есть два разных кристаллика, которые находятся в разных фазах — закрытой и открытой. Мы рассмотрели единичный кристалл и показали, что он не только не переключается из одной фазы в другую всего лишь за пару миллисекунд, как считалось ранее, а может стабильно находиться в промежуточном состоянии от нескольких часов до нескольких суток», — резюмировал результаты работы один из исследователей, старший научный сотрудник ИФ СО РАН Александр Крылов. В дальнейшем ученые планируют изучить другие металлоорганические каркасы, а также выяснить, почему не все они могут открывать и закрывать поры.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.