Жидкие и стекловидные металлорганические каркасы MOF

C помощью жидких и стеклянных MOF можно получить новые характеристики материалов, демонстрирующие пористость, ионную проводимость и необычные оптические свойства, такие как люминесценция

Металлоорганические каркасы (MOF) представляют собой пористые кристаллические материалы, способные удерживать различные химические соединения в своих полостях. Обладая широким спектром применений, они могут использоваться при хранении и разделении газа, улавливании углерода и катализе химических реакций. В настоящее время исследуются новые области применения кристаллических MOF за счет преобразования их в жидкое и/или стеклообразное состояние.

«MOF - это относительно новый класс материалов, и большинство из них, разработанных за последние 20 лет, имеют кристаллическую форму». «Недавно были открыты MOF, имеющие стекловидное или жидкое состояние. Было сделано предположение, что в таком виде они обладают высоким потенциалом для будущих применений».

Обзор последних достижений и будущих перспектив в этой области опубликован в журнале Angewandte Chemie International Edition [1].

С момента открытия металлоорганических каркасов в конце 1990-х годов были синтезированы десятки тысяч их видов. Современные технологические достижения позволили исследователям раскрыть, что происходит на молекулярном уровне, когда некоторые MOF нагревают до температуры плавления, а затем охлаждают, чтобы придать им стеклообразный вид.

До сих пор исследователи сообщали о десятке MOF, которые можно было расплавить до состояния жидкости и/или превратить в стекло. Их температура плавления варьируется от 184 °C до 593 °C, в зависимости от типа кристаллической структуры.

Когда эта разновидность MOF нагревается и достигает порога плавления, то ионы металлов в кристаллах и органические лиганды начинают колебаться. При увеличении температуры также увеличивается длина связей в полимерных цепях.

Структура кристаллического состояния MOF имеет высокую степень упорядоченности. Стекловидная форма характеризуется снижением упорядоченности связей, когда небольшие соединения рвутся, а крупные фрагменты остаются на месте.

Когда MOF достигает жидкого состояния, то происходит еще большая молекулярная фрагментация, однако, некоторые внутренние структурные элементы всё еще сохраняют определенную степень связанности.

Не все MOF могут быть преобразованы в стекло за счет охлаждения жидкой формы. Некоторые требуют механической обработки, наподобие шлифования, для получения стекла. Во время этого процесса добавление определенных химических веществ к материалу может модулировать некоторые его физические свойства, такие как повышение протонной проводимости.

C помощью жидких и стеклянных MOF можно получить новые характеристики материалов, демонстрирующие пористость, ионную проводимость и необычные оптические свойства, такие как люминесценция. Они показывают многообещающие возможности для аккумулирования тепла в энергетических устройствах и для проникновения молекул газа.

Гибридные материалы, в которых используется сочетание стеклянных или жидких MOF с другими материалами, такими как органические полимеры, металлические частицы или ионы металлов, могут использоваться в качестве сильных адгезивов в энергетических устройствах или в каталитических реакциях.

Исследователи предполагают, что ученым следует внимательней посмотреть на доступные данные о кристаллических MOF с точки зрения изменения их фазы в жидкое и/или стеклообразное состояние. Это может привести к разработке новых функциональных материалов.

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1002/anie.201911384

Источник: EurekAlert