Исследователи синтезировали инновационный пористый материал, открывающий перспективы для создания многоразовых катализаторов, высокочувствительных датчиков влажности и эффективных поглотителей. Основой прорывной разработки стали органосилоксаны – органические молекулы, содержащие кремний и обеспечивающие материалу исключительную устойчивость к температурным перепадам и водоотталкивающие качества.
Преимущества кремнийорганических соединений
Силоксаны служат фундаментом для множества материалов, востребованных в самых разных областях – от авиации и космонавтики до медицины и средств гигиены. Их уникальность обусловлена способностью выдерживать экстремальные температуры (от –100°C до +500°C и выше), отталкивать воду, пропускать газы и биосовместимостью с живыми системами.
Прорыв в создании металл-органических каркасов
Особый интерес представляет использование силоксанов в составе металл-органических каркасов (МОК) – передовых пористых структур нового поколения. МОК формируются из органических лигандов и ионов металлов, что позволяет гибко настраивать размер пор и свойства материала для задач газоразделения, адресной доставки лекарств, поглощения загрязнителей или катализа химических процессов. Замена обычных органических блоков на водоотталкивающие и термостабильные силоксаны переносит эти ценные свойства на весь каркас.
Уникальный медный аэрогель от ИНЭОС РАН
Ученые Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН совместно с коллегами впервые синтезировали МОК на основе симметричной кремнийорганической кислоты. Ее особая структура – кольцо из кремния и кислорода с кислотными группами и гидрофобными кремнийорганическими фрагментами – обеспечивает связывание с металлами и придает каркасам гидрофобность.
«Ключевым достижением стало создание медь-содержащего материала с уникальными характеристиками. Простое смешивание спиртовых растворов соли меди и нашей кислоты с последующей сушкой дало бирюзовый порошок сверхнизкой плотности – в 100 раз легче воды. Это настоящий металл-органический аэрогель», – подчеркивает Сергей Кутумов, младший научный сотрудник ИНЭОС РАН, участник проекта РНФ.
Перспективы для практического применения
Полученный аэрогель демонстрирует высокую термическую стабильность и обладает удивительным свойством обратимо менять цвет с бирюзового на синий при нагреве до 80°C. Это связано с потерей и последующим восстановлением молекул воды у ионов меди. Такая визуальная индикация влажности идеальна для защиты чувствительной электроники. Кроме того, материал эффективно работает как многоразовый катализатор химических превращений.
Планы исследований и масштабные цели
«Мы активно продолжаем работу над МОК на основе силоксанов. Наша цель – синтез новых материалов, углубленное изучение их свойств и разработка методов точной настройки характеристик. Это откроет путь к решению глобальных задач, таких как очистка промышленных стоков или сбор воды в засушливых регионах», – делится планами руководитель гранта РНФ Ашот Арзуманян, к.х.н., заведующий лабораторией ИНЭОС РАН.
Научная коллаборация
В проекте участвовали специалисты Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН, Южного федерального университета, Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и Института нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН.
Источник: indicator.ru
