В ИФХЭ РАН предложили быстрый и эффективный метод синтеза энергетических МОК
Ионизирующее излучение, позволившее многократно ускорить процесс синтеза энергетических металлоорганических каркасных структур (МОК) на основе тяжелых металлов, впервые в России применили ученые из лабораторий радиационных технологий и химии технеция Института физической химии и электрохимии (ИФХЭ) им. А. Н. Фрумкина РАН, 14 мая сообщила пресс-служба института.
Инновационный подход ученых ИФХЭ РАН по сравнению с традиционным сольвотермическим методом также существенно сократит энергозатраты и увеличит выход целевого продукта. Результаты исследований нового метода разработчики представили в статье «Радиационно-индуцированный синтез энергетических МОК на основе Zn и Cd 1H-тетразолов» (Radiation-induced synthesis of Zn and Cd 1H-tetrazole-based energetic MOFs), опубликованной в журнале Radiation Physics and Chemistry.
Металлоорганические каркасы (МОК) представляют собой сложные упорядоченные структуры из металлических узлов и органических линкеров (молекулярных фрагментов, ковалентно связанных с твердой подложкой), поры которых имеют строго определенный размер. Уникальные структура и свойства МОК позволяют использовать их в различных областях, в том числе для адсорбции и разделения газов, создания высокочувствительных датчиков, биочипов, систем контролируемого высвобождения лекарств и др.
В случае применения циклических высокоазотистых лигандов (триазол, тетразол и их производные) для синтеза МОК возникает возможность синтеза нового класса энергетических материалов. Упорядоченная структура металлорганических каркасов позволяет проводить тонкую настройку энергосодержания, чувствительности к внешним воздействиям и термической стабильности для изделий из этих материалов.
В настоящее время синтез таких каркасов осуществляется сольвотермическим методом в автоклавах с длительным нагреванием (иногда в течение нескольких дней). Этот метод дает низкий выход конечного продукта, требует высоких энергозатрат, применения токсичных растворителей и высокой температуры для поддержания реакции.
Применение ускорителя электронов, создающего ионизирующее излучение, изменяет процесс синтеза, высокая эффективность которого достигается за считанные минуты, что значительно увеличивает выход продукта.
Исследователи ИФХЭ РАН использовали ускоренные электроны для синтеза МОК на основе кадмия (Cd) и цинка (Zn) с тетразольным лигандом. Проведя рентгеноструктурный анализ, инфракрасную спектроскопию, термогравиметрию и элементный анализ, ученые установили, что структура полученных материалов аналогична синтезированным сольвотермальным методом. Стабильность полученных высокоэнергетических МОК сохраняется до температуры 300 °C.
Один из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории химии технеция, кандидат химических наук Михаил Волков пояснил:
«Этот метод может быть использован для синтеза высокоэнергетических материалов, востребованных в промышленности. Основным сдерживающим фактором для широкого применения МОК является их высокая стоимость. Ускоритель электронов позволяет провести синтез проще, эффективнее и, как следствие, значительно дешевле».
Таким образом, разработанная в ИФХЭ РАН методика позволяет развернуть масштабное промышленное производство МОК, что ускорит внедрение этих материалов в энергетический, фармацевтический и экологический секторы промышленности России.
