Химики получили металл-органический каркас, который представляет собой кольцо из двенадцати атомов никеля, связанных органическими лигандами. Он способен селективно адсорбировать диоксид азота и диоксид серы из газовых смесей, а в случае, если смесь состоит из двух ядовитых газов, предпочтительно связывать диоксид серы. Исследование опубликовано в журнале Angewandte Chemie.
Металл-органические каркасы — пористые материалы, состоящие из ионов металлов и органических лигандов — уже нашли свое применение в очистке воздуха от ядовитых газов. За счет высокой пористости, большой площади поверхности и наличия положительно заряженных ионов металлов, каркасы могут обратимо связывать молекулы разных веществ. Однако мало каркасов умеет избирательно связывать одни газы в присутствии других без деградации материала.
Ян Сихай (Sihai Yang) из Университета Манчестера и Ши Вэй (Wei Shi) из Нанькайского Университета с коллегами предложили синтезировать устойчивый к действию газов-окислителей металл-органический каркас и использовать его в селективной адсорбции ядовитых газов. Они провели реакцию ацетата никеля (II) c органической тетракарбоновой кислотой в смеси диметилформамида и воды при 170 градусах Цельсия. В результате реакции получились монокристаллы металл-органического каркаса.
Рентгеноструктурный анализ монокристаллов показал, что полученное соединение представляет собой 3D-каркас с кольцами из 12 атомов никеля, окруженных органическими фрагментами. Между атомами никеля были длинные полости, занятые молекулами растворителей. Чтобы освободить в них место для молекул газов, ученые выдержали полученное вещество в вакууме при 150 градусах Цельсия в течение суток.
Чтобы выяснить, может ли их каркас селективно связывать ядовитые газы, химики продували их через полученное вещество и измеряли состав выходящей газовой смеси с помощью масс-спектроскопии. Оказалось, что каркас селективно связывает диоксид азота NO2 и диоксид серы SO2 в присутствии азота или углекислого газа. При этом, когда пропускали смесь NO2 и SO2, селективно связывался именно диоксид серы.
Металл-органический каркас оказался способен адсорбировать до 6,21 миллимоль на грамм SO2 и до 5,8 миллимоль на грамм NO2 при комнатной температуре. В отличие от известных металл-органических каркасов, новый материал быстрее связывал именно диоксид серы, если смесь газов содержала и SO2, и NO2. Ученые считают, что это свойство может пригодиться при очистке выхлопных газов, потому что диоксид серы отравляет катализаторы на основе платиновых металлов в каталитических конвертерах автомобилей.
Некоторые металл-органические каркасы обладают необычным свойством: они могут переходить из двумерной формы в трехмерную, и обратно. Ранее мы рассказывали о таких превращениях при замене растворителя.
Михаил Бойм