Мы в соцсетях:

Новое поколение
  • Введите больше 3 букв для начала поиска.
Все статьи
Нобелевская премия по химии присуждена за создание целого класса новых материалов
ИсследованияНаука

Нобелевская премия по химии присуждена за создание целого класса новых материалов

Как научить металл «дышать», «поглощать» воду, впитывать и хранить опасные вещества — об этом ученые стали задумываться с конца 1980-х годов. Однако только трем из них удалось осуществить задуманное. Это профессор Мельбурнского университета Ричард Робсон, Сусуми Китагава из Киотского университета и Омар Ягхи из Калифорнийского университета в Беркли. Им удалось создать пористые металлоорганические каркасные структуры, через которые могут проходить или удерживаться газы и другие химические вещества. За это им была присуждена Нобелевская премия по химии.

Металлоорганические каркасы (МОК) представляют собой материалы с пористой структурой, похожей на губку. Их кристаллическая решетка состоит из узловых металлических шариков, связанных между собой органическими молекулами. Они образуют трехмерную структуру с крошечными пустотами. Благодаря этим пустотам МОК получаются очень легкими и имеют большую площадь поверхности. Это их свойство и явилось основным для поглощения газов и прочих веществ. Особенность пор МОК поглощать и удерживать химические элементы зависит от изменения их размеров под воздействием температуры, газов, жидкостей и других факторов.  Сами каркасы (на самом деле они выглядят в виде пленок разной толщины или порошка) могут быть твердыми или пластичными, в зависимости от того, для чего они применяются. Сегодня они используются для сбора воды из воздуха в пустынях, ими улавливают для последующей утилизации углекислый газ на предприятиях, в них хранятся токсичные газы. Но такими совершенными металлоорганические каркасы стали не сразу.

Один из нобелиатов, Ричард Робсон, первым попытался по-новому использовать свойства атомов для получения новых материалов. В итоге у него получился объемный пористый кристалл, на вид чем-то напоминающий алмаз с наноразмерными дырочками (порами), но с одним недостатком: конструкция была нестабильна и быстро разрушалась. Но двое других ученых, Китагава и Ягхи, независимо друг от друга с 1992-го по 2003-й провели ряд экспериментов и показали, что полученная пористая конструкция может поглощать и возвращать газы, и, кроме того, ее можно сделать очень прочной.

Комментарий заведующей лабораторией технологий ионообменных мембран МФТИ Софьи Морозовой: «Металлоорганические соединения отличаются упорядоченной пористостью. Если в кристаллической структуре металлов или солей металлов мы можем увидеть поры, то они будут очень маленькие, а в полимерных материалах — слишком неоднородные по размеру и по форме. Металлоорганические каркасы позволяют создавать идеальные поры, с заданным размером, который контролируется использованием определенных соединений.

За счет такой контролируемой пористости эти материалы можно применять сразу в нескольких областях. Во-первых, их можно использовать как сорбционные материалы, когда они избирательно могут извлекать из окружающей среды какой-то атом или даже молекулу. Во-вторых, они крайне перспективны в органическом катализе, поскольку за счет заданного размера пор могут ускорять важные органические реакции для получения фармпрепаратов и других соединений. И делают они это почти так же эффективно, как ферменты. Ну и, в-третьих, благодаря этой полости они могут использоваться как хранители и переносчики как биомолекул, так и газов. Например, они весьма перспективны для хранения водорода. Это открывает новые возможности для электротранспорта на водородной энергетике, поскольку решит проблемы с безопасностью хранения этого вещества».

Читайте в свежем номере: