Ученые получили полимер с рекордной протонной проводимостью
28.01.2021
Источник: ТАСС, 28.01.2021
Из него можно будет получать новый класс материалов, считают разработчики
Российские химики получили полимер с высокой протонной проводимостью. Это открывает возможности для создания нового класса материалов, применимых для разделения смесей, хранения газов, в качестве сенсоров, химических источников тока и систем адресной доставки лекарств. Результаты работы опубликовал Chemistry-A European Journal, кратко об этом пишет пресс-служба Министерства науки и высшего образования (Минобрнауки).
Металл-органические координационные полимеры (МОКП) – это новый перспективный класс соединений, которые создают на основе неорганических строительных блоков, состоящих из одного или нескольких ионов металлов, соединенных друг с другом при помощи органических мостиков. Эти объекты привлекают внимание исследователей благодаря практически неограниченным возможностям структурного дизайна новых соединений и широкому спектру свойств. Поиск способов направленного дизайна металл-органических каркасов c заданными свойствами - сегодня одна из важнейших задач для разработки новых материалов.
"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 – разработан 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", – говорится в сообщении.
По словам одного из авторов работы, главного научного сотрудника Института общей и неорганической химии РАН Юлии Горбуновой, 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", – отмечает Горбунова.
Так, одним из перспективных направлений считается 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. Однако у этих материалов есть недостатки, в частности, узкий диапазон рабочих температур, что ограничивает их применение.
Рекордный полимер
В новой работе ученые рассмотрели МОКП на основе порфиринов – производных природного пигмента порфина. Такие соединения гораздо более термически и химически устойчивы, чем аналогичные материалы. При этом, направленно меняя положение отдельных фрагментов в молекуле порфирина и природу металла в макрокольце и узлах решетки, ученые могут регулировать структуру каркаса и размер его пор или каналов, контролируя, таким образом, как величину протонной проводимости получаемого материала, так и его устойчивость.
Направленный дизайн молекулы позволил авторам работы получить металл-органический координационный полимер на основе порфирината никеля IPCE-2Ni, структурные характеристики которого обеспечили рекордное значение протонной проводимости для данного класса соединений.
"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", – добавила Горбунова.