Студент РТУ МИРЭА Даниил Валешный и аспирант Антон Муштаков за синтезом. Фото: пресс-служба РТУ МИРЭА
Исследователи РТУ МИРЭА совместно с коллегами из РУДН и НИЦ «Курчатовский институт» впервые синтезировали высокоэнтропийные металл-органические соединения на основе редкоземельных металлов. Новые материалы состоят из пяти, шести или семи различных редкоземельных элементов и обладают повышенной химической стабильностью и способностью поглощать метан, водород и водяной пар. Результаты открывают путь к созданию эффективных адсорбентов для хранения газа, очистки воды и решения экологических задач.
Высокоэнтропийные материалы — это уникальные соединения, в которых пять и более разных атомов статистически занимают одну позицию в кристаллической структуре. Такие материалы обладают необычными свойствами, которых нет у традиционных веществ. Среди них особое место занимают металл-органические каркасы (МОКП) — пористые структуры, похожие на молекулярные губки. Они способны захватывать и удерживать различные вещества и отдавать их по желанию ученых, что делает их перспективными для адсорбции и хранения газов, очистки воды и катализа.
До настоящего времени высокоэнтропийные материалы создавались и создаются сейчас, как правило, с металлами, сплавами и интерметаллическими соединениями, а МОКП — кислородсодержащие соединения на основе переходных металлов, например, меди, цинка, кобальта, никеля и др. МОКП на основе редкоземельных металлов, среди которых самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, не получены и не изучены в этом контексте.
Коллектив ученых восполнил этот пробел. Они впервые синтезировали гидротермальным методом новые МОКП с пятью, шестью и семью (это не предел!!!) разными редкоземельными катионами в одной структуре.
Испытания показали: новые материалы значительно лучше, чем простые по составу аналоги, поглощают метан и особенно водяной пар и более устойчивы к химическому воздействию. Этот эффект ученые связывают с так называемым «эффектом коктейля», когда сочетание разных элементов придает МОКП свойства, в кратное число раз превышающее свойство отдельного соединения. «Мы впервые показали, что высокоэнтропийные металл-органические каркасы можно создавать не только на основе переходных металлов, но и на основе редкоземельных элементов с различными сочетаниями. Это расширяет концепцию высокоэнтропийных материалов. Наши соединения оказались более стабильными и более эффективными адсорбентами, чем простые аналоги. Образно говоря, мы собрали команду из разных специалистов, каждый из которых вносит свой вклад в исследование, а в команде они работают эффективнее, чем каждый по отдельности», — рассказывает Галина Кузьмичева, доктор химических наук, профессор кафедры инженерии материалов Института передовых инженерных технологий, директор научно-образовательного центра «Многомасштабное конструирование материалов» РТУ МИРЭА.
«Наши материалы показали рекордное поглощение водяного пара и метана по сравнению с однокомпонентными аналогами. Это открывает перспективы для их использования в системах хранения газа и очистки воды, адресной доставки лекарственных препаратов, а также как адсорбенты и осушители. Кроме того, высокая химическая стабильность делает их пригодными для работы в агрессивных средах», — комментирует аспирант Антон Муштаков.
Исследование опубликовано в журнале Journal of Molecular Structure. Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Результаты могут быть использованы для создания новых адсорбентов и материалов для хранения газов. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1387700325017046
Источник информации и фото: пресс-служба РТУ МИРЭА
