Металлорганические каркасы резко повышают газовую ёмкость

Выяснилось, что металлорганические каркасы (МОК), высокопористые материалы, подходящие для хранения таких газов, как водород и метан, способны удерживать куда больший объём газа, чем считалось.

Исследователи из Северо-Западного университета (США) показали, что теоретический максимум суммарной площади поверхности внутри всех пор и каналов МОК в пересчёте на грамм материала может достигать 40% (то есть около половины МОК-массы приходится на его поверхность). Свои теоретические изыскания учёные подкрепили вполне практическими результатами, получив два новых МОК с рекордными величинами площади поверхности в пересчёте на грамм материала.

МОК, построенный с использованием бензольных колец (иллюстрация Joseph Hupp).

МОК — кристаллические микропористые материалы, которые состоят из органических лигандов, удерживаемых вместе атомами металлов. Образующиеся повторяющиеся решетчатые МОК-структуры с виду идеально подходят для хранения газов. До сих пор лучшие материалы подобного рода обладали площадью поверхности около 6 000 м²/г. Применительно к созданию топливного водородного или метанового бака для автомобиля это считается абсолютным минимумом.

Учёные под руководством Джозефа Хаппа (Joseph Hupp) из Северо-Западного университета показали, что куда бóльшие величины (площади поверхности на грамм материала) могут быть достигнуты при грамотной модификации структуры органических лигандов. На сегодня такие лиганды представляют собой в основном длинные ленты бензольных колец. На основе проведённого компьютерного моделирования удалось выяснить, что переход от использования фенильных групп к намного менее объёмным ацетиленовым группам (-СС-) позволит достичь площади поверхности, равной 14 600 м²/г.

Но это в теории, а на практике новые лиганды помогли учёным синтезировать два МОК с показателями, превышающими 7 000 м²/г, значительно обойдя предыдущий рекорд (при этом сильно недотянув до нового теоретического максимума; кстати, старый теоретический максимум лежал в районе 10 000 м²/г).

Подробнее об исследовании читайте в статье, опубликованной в Journal of the American Chemical Society.

Подготовлено по материалам Королевского химического общества.