Исследователи из Киотского университета совершили прорыв в материаловедении, создав первые в мире трехмерные ван-дер-ваальсовы открытые каркасы (WaaFs). Это достижение бросает вызов устоявшемуся мнению о том, что ван-дер-ваальсовы взаимодействия слишком слабы для формирования стабильных открытых каркасных структур.
Результаты исследования, опубликованные в престижном журнале Nature Chemistry, представляют собой революционный подход к созданию пористых материалов. Ведущий исследователь Шун Токуда и профессор Шухей Фурукава из Института интегрированных клеточно-материальных наук Киотского университета (iCeMS) продемонстрировали, что при правильном супрамолекулярном дизайне даже слабые ван-дер-ваальсовы силы могут создавать стабильные и функциональные структуры.
Новые материалы построены из октаэдрических металлоорганических полиэдров (MOPs), которые служат строительными блоками для трехмерных каркасов. Полученные структуры обладают впечатляющей термической стабильностью до 593 К (около 320°C) и исключительной пористостью с площадью поверхности, превышающей 2000 м²/г. Для сравнения, это примерно равно площади теннисного корта, сжатой до веса всего одного грамма материала.
Одним из наиболее примечательных свойств WaaFs является их обратимая сборка. В отличие от традиционных пористых материалов, эти каркасы можно разобрать и повторно собрать в растворе, что открывает новые возможности для их переработки и повторного использования. Это свойство особенно ценно с точки зрения устойчивого развития и циркулярной экономики.
Помимо обратимости, WaaFs отличаются масштабируемым производством, что делает их потенциально доступными для промышленного применения. Настраиваемая пористость позволяет адаптировать материалы для конкретных задач, а химическая стабильность обеспечивает их долговечность в различных условиях эксплуатации.
Потенциальные области применения этих инновационных материалов весьма разнообразны. Они могут использоваться для хранения и разделения газов, улавливания углерода, сбора воды из воздуха и катализа. Особенно перспективным выглядит их применение в экологических технологиях, где эффективные и устойчивые решения для улавливания парниковых газов становятся все более востребованными.
Значение этого открытия выходит далеко за рамки создания нового класса материалов. Оно переопределяет принципы проектирования пористых структур, демонстрируя, что даже слабые межмолекулярные взаимодействия могут быть использованы для создания функциональных материалов с заданными свойствами. Как отмечают исследователи, этот подход открывает новую главу в материаловедении, где супрамолекулярный дизайн позволяет преодолеть ограничения традиционных методов синтеза.
Трехмерные ван-дер-ваальсовы открытые каркасы представляют собой не только научное достижение, но и практический инструмент для решения актуальных технологических задач. Их уникальное сочетание высокой пористости, термической стабильности и обратимой сборки делает их перспективными кандидатами для широкого спектра применений, от энергетики до экологии.
Изображение носит иллюстративный характер
Результаты исследования, опубликованные в престижном журнале Nature Chemistry, представляют собой революционный подход к созданию пористых материалов. Ведущий исследователь Шун Токуда и профессор Шухей Фурукава из Института интегрированных клеточно-материальных наук Киотского университета (iCeMS) продемонстрировали, что при правильном супрамолекулярном дизайне даже слабые ван-дер-ваальсовы силы могут создавать стабильные и функциональные структуры.
Новые материалы построены из октаэдрических металлоорганических полиэдров (MOPs), которые служат строительными блоками для трехмерных каркасов. Полученные структуры обладают впечатляющей термической стабильностью до 593 К (около 320°C) и исключительной пористостью с площадью поверхности, превышающей 2000 м²/г. Для сравнения, это примерно равно площади теннисного корта, сжатой до веса всего одного грамма материала.
Одним из наиболее примечательных свойств WaaFs является их обратимая сборка. В отличие от традиционных пористых материалов, эти каркасы можно разобрать и повторно собрать в растворе, что открывает новые возможности для их переработки и повторного использования. Это свойство особенно ценно с точки зрения устойчивого развития и циркулярной экономики.
Помимо обратимости, WaaFs отличаются масштабируемым производством, что делает их потенциально доступными для промышленного применения. Настраиваемая пористость позволяет адаптировать материалы для конкретных задач, а химическая стабильность обеспечивает их долговечность в различных условиях эксплуатации.
Потенциальные области применения этих инновационных материалов весьма разнообразны. Они могут использоваться для хранения и разделения газов, улавливания углерода, сбора воды из воздуха и катализа. Особенно перспективным выглядит их применение в экологических технологиях, где эффективные и устойчивые решения для улавливания парниковых газов становятся все более востребованными.
Значение этого открытия выходит далеко за рамки создания нового класса материалов. Оно переопределяет принципы проектирования пористых структур, демонстрируя, что даже слабые межмолекулярные взаимодействия могут быть использованы для создания функциональных материалов с заданными свойствами. Как отмечают исследователи, этот подход открывает новую главу в материаловедении, где супрамолекулярный дизайн позволяет преодолеть ограничения традиционных методов синтеза.
Трехмерные ван-дер-ваальсовы открытые каркасы представляют собой не только научное достижение, но и практический инструмент для решения актуальных технологических задач. Их уникальное сочетание высокой пористости, термической стабильности и обратимой сборки делает их перспективными кандидатами для широкого спектра применений, от энергетики до экологии.