Метал-органічне кільце з дюжини атомів нікелю селективно зв'язало діоксид сірки

Хіміки отримали метал-органічний каркас, який являє собою кільце з дванадцяти атомів нікелю, пов'язаних органічними лігандами. Він здатний селективно адсорбувати діоксид азоту і діоксид сірки з газових сумішей, а в разі, якщо суміш складається з двох отруйних газів, переважно пов'язувати діоксид сірки. Дослідження опубліковано в журналі.

Метал-органічні каркаси - пористі матеріали, що складаються з іонів металів і органічних лігандів - вже знайшли своє застосування в очищенні повітря від отруйних газів. За рахунок високої пористості, великої площі поверхні і наявності позитивно заряджених іонів металів, каркаси можуть звернемо пов'язувати молекули різних речовин. Однак мало каркасів вміє вибірково пов'язувати одні гази в присутності інших без деградації матеріалу.

Ян Сіхай (Sihai Yang) з Університету Манчестера і Ши Вей (Wei Shi) з Нанькайського Університету з колегами запропонували синтезувати стійкий до дії газів-окислювачів метал-органічний каркас і використовувати його в селективній адсорбції отруйних газів. Вони провели реакцію ацетату нікелю (II) c органічною тетракарбоновою кислотою в суміші диметилформаміду і води при 170 градусах Цельсія. В результаті реакції вийшли монокристали метал-органічного каркасу.

Рентгеноструктурний аналіз монокристалів показав, що отримане з'єднання являє собою 3D-каркас з кільцями з 12 атомів нікелю, оточених органічними фрагментами. Між атомами нікелю були довгі порожнини, зайняті молекулами розчинників. Щоб звільнити в них місце для молекул газів, вчені витримали отриману речовину у вакуумі при 150 градусах Цельсія протягом доби.

Щоб з'ясувати, чи може їх каркас селективно пов'язувати отруйні гази, хіміки продували їх через отриману речовину і вимірювали склад газової суміші, що виходить за допомогою мас-спектроскопії. Виявилося, що каркас селективно пов'язує діоксид азоту NO₂ і діоксид сірки SO₂ в присутності азоту або вуглекислого газу. При цьому, коли пропускали суміш NO₂ і SO₂, селективно зв'язувався саме діоксид сірки.

Метал-органічний каркас виявився здатним адсорбувати до 6,21 мілімоль на грам SO₂ і до 5,8 мілімоль на грам NO₂ при кімнатній температурі. На відміну від відомих метал-органічних каркасів, новий матеріал швидше пов'язував саме діоксид сірки, якщо суміш газів містила і SO₂, і NO₂. Вчені вважають, що ця властивість може стати в нагоді при очищенні вихлопних газів, тому що діоксид сірки отруює каталізатори на основі платинових металів в каталітичних конвертерах автомобілів.

Деякі метал-органічні каркаси мають незвичайну властивість: вони можуть переходити з четвертої форми в тривимірну, і назад. Раніше ми розповідали про такі перетворення при заміні розчинника.