Новости химической науки > Очистка металлоорганических каркасных структур сверхкритикой

Сверхкритический CO₂ позволяет «прочистить» внутреннюю поверхность металлоорганических каркасных структур [metal-organic frameworks (MOF)], увеличивая площадь внутренней поверхности.

Новый метод, разработанный Эндрю Нельсоном (Andrew P. Nelson) и его группой из Северо-западного Университета, позволяет существенно увеличить площадь доступной внутренней поверхности MOF по сравнению со стандартными методами выпаривания растворителя, применяемыми для вновь синтезированными материалами.

Сверхкритический CO₂ позволяет существенно увеличить площадь внутренней поверхности карбоксилатного координационного полимера IRMOF-16. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2009, DOI: 10.1021/ja808853q)

MOF представляют собой координационные полимеры, в которых ионы металлов связаны друг с другом с помощью полидентатных лигандов-линкеров. Такой дизайн позволяет получить материалы с большими порами, открытыми внутренними каналами и большой площадью внутренней поверхности, пригодной для адсорбции молекул. Однако экспериментально измеренная площадь внутренней поверхности MOF оказывается существенно меньшей, чем предсказанная с помощью компьютерного моделирования.

Это различие принято объяснять коллапсом пор и внутренних каналов MOF, вызванных как удалением растворителя, так и возможностью присутствия в порах остаточных молекул растворителя или не вступившего в реакцию исходного вещества. Ранее исследователи уже пытались увеличить эффективную площадь внутренней поверхности MOF с помощью вакуумной сушки, однако такой подход не оказался результативным.

Полное освобождение внутренних пор MOF от оставшихся в них молекул растворителей и реагентов является критически важным для коммерческого использования этих материалов. Ранее для «активации» внутренней поверхности полимеров и пористых материалов на основе оксида кремния часто исследователи использовали сверхкритические жидкости, однако успешные попытки использования сверхкритики для очистки координационных полимеров пока еще не предпринимались.

При реализации разработанного Нельсоном нового метода «сверхкритической осушки» исследователи заместили растворитель, в котором осуществлялся синтез, на более летучий этанол, после чего поместили образец MOF в жидкий CO₂. Затем систему нагревали, пока температура не достигла 31°C, а давление – 73 атмосфер (в этих условиях CO₂ проявляет свойства сверхкритической жидкости).

После получаса выдерживания системы MOF/сверхкритический CO₂ углекислый газ был стравлен, при этом произошла настолько эффективная очистка пор MOF от CO₂, что эффективная площадь внутренней поверхности карбоксилатного координационного полимера IRMOF-16 оказалась в 12 раз выше, чем при активации этого материала стандартными методами.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2009, DOI: 10.1021/ja808853q

метки статьи: #неорганическая химия, #органическая химия, #химия поверхности, #химия полимеров, #элементоорганическая химия