Российские учёные впервые синтезировали вещества нового класса — анти-МОК, или антиметаллоорганические каркасы. Структура классических МОК напоминает решётку, роль «прутьев» которой выполняют отрицательно заряженные анионы, а в «узлах» находятся катионы металлов. Химикам удалось создать вещество с обратной структурой, это важное открытие в области фундаментальной химии. Кроме того, соединения нового класса могут найти применение в промышленности и ряде других областей.
Российские учёные из Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ, Челябинск) совместно с коллегами из Иркутского института химии им. А.Е. Фаворского СО РАН и Санкт-Петербургского государственного университета первыми в мире синтезировали соединение, относящееся к новому классу — антиметаллоорганических каркасов. Это важное для фундаментальной науки открытие, которое может в будущем найти широкое практическое применение. Об этом RT сообщили в пресс-службе Минобрнауки. Результаты исследования приняты к публикации в журнале Acta Crystallographica B.
Синтез и исследование новых металлорганических каркасов (МОК, или МOF — metal-organic frameworks) — одно из перспективных направлений современной химии. Учёные по всему миру занимаются синтезом новых веществ этого класса и находят для них применение в различных сферах. Так, МОК сегодня начали применять для разделения жидких и газовых смесей, адсорбции газов, а кроме того, в качестве компонентов для газовых сенсоров, регистрирующих загрязняющие атмосферу примеси. Разделение смесей с помощью МОК, например, позволяет выделять компоненты бензина с более высоким октановым числом, а адсорбция водорода на МОК позволяет существенно увеличить его количество при закачивании в баллоны автомобильного транспорта.
Структура обычного МОК выглядит как 3D-решётка, в узлах которой находятся положительно заряженные катионы металлов, например цинка, кобальта, меди, хрома, железа, циркония. Узлы соединяются между собой жёсткими линкерными (связующими) анионами — отрицательно заряженными ионами. Чаще всего это жёсткие стержнеобразные двухзарядные анионы некоторых органических кислот.
За счёт такой структуры вещество обладает повышенной пористостью. Причём размером, формой и химическими свойствами этих пор можно управлять, изменяя тип катиона и линкерных молекул.
Авторы новой работы впервые создали вещество со структурой, в которой роли катионов и анионов поменялись местами. Линкерными молекулами теперь являются жёсткие стержнеобразные двухзарядные катионы, а в узлах решётки находятся анионы. Поры в структуре анти-МОК могут быть заполнены молекулами жидкостей или газов, как и в обычных МОК.
«Смысл нашей работы в том, что функцию анионов в металл-органическом каркасе теперь выполняют катионы, а катионов — анионы. Таким образом, мы получили антиметаллоорганический каркас», — пояснил RT руководитель группы доктор химических наук Дмитрий Жеребцов.
По словам авторов работы, их открытие положит начало синтезу веществ этого класса и другими научными коллективами. Сегодня в мире насчитывается несколько тысяч веществ, относящихся к металлорганическим каркасам, а теперь к ним смогут добавиться тысячи анти-МОК с новыми свойствами.
Учёный рассказал, что с технической точки зрения получение нового типа соединений оказалось несложной задачей: синтез не потребовал ни дорогостоящих реактивов, ни сложного оборудования. Поэтому можно спрогнозировать, что и промышленное производство анти-МОК будет достаточно рентабельным.
«Мы создали новый тип соединений, до нас неизвестных. Это важное для фундаментальной химии событие. Пока сложно определить весь спектр применения таких веществ, их свойства только предстоит исследовать учёным. Однако уже очевидно, что они смогут использоваться в тех же областях, что и классические МОК, к примеру, в газовых сенсорах. Приятно сознавать, что Россия закрепила за собой пионерскую работу в этой области», — подчеркнул Жеребцов.