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.
