Химики создали материал из шестнадцати металлов с регулируемыми свойствами
Химики под руководством Бирмингемского университета создали пористый материал, в одной кристаллической структуре которого удалось объединить 16 металлов. Меняя их соотношение, исследователи регулируют магнитные и оптические свойства, внутреннюю поверхность и способность поглощать углекислый газ. Результаты опубликованы в Angewandte Chemie International Edition.
Шестнадцать металлов в одном каркасе
Материал UoB-116 относится к металлорганическим каркасам, или MOF. В таких структурах металлические узлы соединены органическими молекулами. Между ними остаются мельчайшие поры, благодаря которым материал может взаимодействовать с газами и другими веществами.
Учёные из Бирмингема, Ноттингема и Лимерика сначала получили 15 отдельных вариантов с разными редкоземельными металлами. Затем они последовательно объединяли в одной структуре два, четыре, двенадцать и пятнадцать металлов. Добавление индия позволило довести число компонентов до шестнадцати: иттрия, индия и четырнадцати лантаноидов.
По данным авторов, это наибольшее число металлов, объединённых в одном MOF. Каркас также впервые совместил металлы из трёх блоков периодической таблицы — d, p и f. При этом основная структура сохраняется, что позволяет изучать влияние состава на свойства в пределах одного семейства материалов.
Как металлическая рецептура меняет свойства
Для проверки возможностей настройки команда изменяла соотношение диспрозия и лантана. Опыты показали несколько связанных эффектов:
- С увеличением доли диспрозия усиливался магнитный отклик.
- Менялось характерное для диспрозия поглощение ближнего инфракрасного излучения.
- Замещение диспрозия лантаном уменьшало измеренную площадь внутренней поверхности.
- Поглощение CO₂ снижалось с 5,72 до 1,23 миллимоля на грамм между крайними вариантами состава в условиях эксперимента.
Последние значения получены при температуре 195 кельвинов и давлении 1 бар. Они показывают возможность регулировать поглощение газа, но сами по себе не доказывают пригодность материала для промышленного улавливания CO₂ при обычной температуре.
От настройки состава к возможным применениям
Металлорганические каркасы изучают для хранения и разделения газов, сенсоров, катализа, визуализации и доставки лекарств. Это направления исследований всего класса материалов, а не перечень уже готовых применений UoB-116.
Читайте также: Пористые материалы MOF помогли извлекать ценные и токсичные металлы из воды.
Новая работа предлагает подход к созданию пористых материалов с заданными свойствами: вместо разработки совершенно другой структуры можно менять состав существующего каркаса. Исследователям ещё предстоит проверить, насколько точно удаётся задавать нужные характеристики и как такие материалы ведут себя в практических условиях.
