Главная страница /

 

Учеными из Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН при участии коллег из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН разработан способ получения металл-органического пористого материала на основе порфирината никеля с уникальной величиной протонной проводимости - одной из наиболее высоких для всех известных соединений этого класса. Это обеспечивает широкие возможности для создания нового класса протон-проводящих материалов. Результаты работы опубликованы в январском номере журнала Chemistry – A European Journal.

 

Металл-органические координационные полимеры (МОКП) - это новый перспективный класс соединений, построенных на основе неорганических строительных блоков, состоящих из одного или нескольких ионов металлов, соединенных друг с другом при помощи органических мостиков. Эти объекты привлекают пристальное внимание исследователей благодаря практически неограниченным возможностям структурного дизайна новых соединений и широкому спектру функциональных свойств. На их основе разрабатывают материалы нового поколения, например, для разделения сложных смесей, для хранения различных газов, они находят применение в качестве сенсоров и катализаторов, химических источников тока и систем адресной доставки лекарств. Поиск способов направленного дизайна металл-органических каркасов c заданными свойствами является крайне важным для разработки новых материалов.

 

«Известно, что металл-органические координационные полимеры с высокоупорядоченной структурой обладают уникальными свойствами. Так, например, материал весом в 1 грамм может иметь площадь поверхности, равную площади футбольного поля! Благодаря этому МОКП проявляют рекордные сорбционные характеристики среди всех пористых материалов. Такие материалы могут удерживать в своих порах различные газы, использоваться в качестве эффективных катализаторов органических реакций, а также в качестве сенсоров или средств доставки лекарственных препаратов пролонгированного действия. Области их применения расширяются с каждым днем. Одним из перспективных направлений является водородная энергетика, где такие материалы могут использоваться в качестве протонных проводников в топливных элементах – альтернативных источниках чистой энергии. Существует ряд материалов с высокой протонной проводимостью, например, Нафион, который уже используется в промышленных топливных элементах. Недостатком этих материалов является узкий диапазон рабочих температур, что ограничивает их применение. МОКП на основе порфиринов являются гораздо более термически и химически устойчивыми материалами. При этом, направленно меняя положение отдельных фрагментов в молекуле порфирина и природу металла в макрокольце и узлах решетки, можно регулировать структуру каркаса и размер его пор или каналов, контролируя, таким образом, как величину протонной проводимости получаемого материала, так и его устойчивость.

 

Задачей исследования стал направленный синтез соединения никеля, имеющего функциональные группы, способные как к взаимодействиям с ионами других металлов, так и к формированию межмолекулярных водородных связей. Именно эти структурные особенности органической молекулы и применение определенных условий проведения реакции привели к образованию координационного полимера, содержащего в своих каналах органические катионы, являющихся продуктом деструкции используемого в синтезе растворителя, которые также существенно влияют как на устойчивость материала, так и на значение его протонной проводимости, образуя дополнительные водородные связи со свободными функциональными группами порфирина и молекулами воды.

 

Полученные выдающиеся проводящие характеристики нового металл-органического координационного полимера на основе фосфонат-замещенного порфирината никеля показывают перспективу применения данного класса соединений в качестве протонных проводников в альтернативной энергетике», - прокомментировала работу один из авторов статьи, главный научный сотрудник ИОНХ РАН, доктор химических наук, профессор и чл.-корр. РАН Юлия Горбунова.

 

Таким образом, направленный дизайн молекулы позволил авторам получить металл-органический координационный полимер IPCE-2Ni, структурные характеристики которого обеспечили рекордное значение протонной проводимости для данного класса соединений.

 

Работа поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований (№ 18-29-04036 мк) и Министерством науки и высшего образования Российской Федерации.

 

 

                                

 

Структура синтезированного металл-органического координационного полимера IPCE-2Ni

 

 

Источник: Y.Yu. Enakieva, A.A. Sinelshchikova, M.S. Grigoriev, V.V. Chernyshev, K.A. Kovalenko, I.A. Stenina, A.B. Yaroslavtsev, Y.G. Gorbunova and A.Yu. Tsivadze. Porphyrinylphosphonate-Based Metal–Organic Framework: Tuning Proton Conductivity by Ligand Design. Chemistry – A European Journal. 2021, 27, 1598 – 1602. DOI: 10.1002/chem.202003893

 

Пресс-релиз опубликован на сайтах Минобрнауки России  https://minobrnauki.gov.ru/press-center/news/?ELEMENT_ID=28672, информационного агентства ТАСС https://nauka.tass.ru/nauka/10570201, Индикатор https://indicator.ru/chemistry-and-materials/v-rossii-sozdali-polimer-s-vysokoi-protonnoi-provodimostyu-29-01-2021.htm , Рамблер. Новости науки и техники https://news.rambler.ru/tech/45707088-v-rossii-sozdali-polimer-s-vysokoy-protonnoy-provodimostyu/