Для создания наноразмерных окон в металлоорганических каркасах (МОФ) разработан революционный метод, вдохновленный многовековой архитектурной техникой. Этот инновационный подход, имеющий потенциальное применение в газоразделении и медицине, использует молекулярную версию архитектурного арочного шаблона для формирования MOF с заданными формой и размером пор.
Новые MOF-структуры, созданные с помощью этого метода, варьируются от материалов с узкими окнами, обладающими газоразделительным потенциалом, до структур с большими окнами, обладающих исключительной кислородно-адсорбционной способностью, что делает их идеальными для применения в медицине.
Исследовательская группа под руководством Мохамеда Эддауди осознала, что одной из наиболее сложных задач при проектировании новых конструкций является точный контроль формирования структуры. Они поняли, что концепция центрирующей опалубки, заимствованная из ретикулярной химии, может обеспечить необходимый контроль для сборки молекулярных строительных блоков в пористые кристаллические материалы, такие как MOFs.
Свои исследования специалисты начали с цеолитоподобной МОФ (ZMOF) с пентагональными окнами, обрамленными строительными блоками - супертетраэдрами (ST). Их целью было управление расположением ST для создания топологии, ранее не описанной для этих строительных блоков. Для этого были разработаны центрирующие структурно-направляющие агенты (ЦСДА), которые могли управлять выравниванием СТ и формировать окна ЗМОФ различных форм и размеров. Разрабатывая cSDA, которые сужают или увеличивают угол между соседними ST-блоками, специалисты смогли создать как маленькие, так и большие окна в МОФ.
Концепция cSDA дает множество преимуществ, повышающих эффективность MOF. Разделение больших окон на меньшие может быть полезно для химического разделения, а дополнительная внутренняя поверхность пор улучшает хранение газов. Кроме того, усиливается каркас MOF, что повышает стабильность материала.
Наноразмерные окна в МОФ обладают огромным потенциалом для применения в различных отраслях промышленности. В частности, один из ZMOF, Fe-sod-ZMOF-320, продемонстрировал самую высокую адсорбционную способность по кислороду среди всех известных MOF. Это свойство очень важно для таких отраслей, как медицина и аэрокосмическая промышленность, где требуется увеличение объема хранения кислорода в баллонах или уменьшение их размеров для более удобной транспортировки. Кроме того, ZMOF с узкими окнами перспективны для газоразделения молекулярных смесей, а другие хорошо подходят для хранения метана и водорода, что делает их потенциальным топливом.
Разработанный исследовательской группой подход к центрированию является мощной стратегией в ретикулярной химии. Она открывает широкие возможности для создания МОФ "made-to-order", которые могут быть использованы в приложениях, связанных с энергетической безопасностью и экологической устойчивостью.
