Новости химической науки > Потри аморфный материал – получишь кристаллы MOF

Новое исследование сообщает, что растирание кристаллической металлоорганической каркасной структуры [metal-organic framework (MOF)] в шаровой мельнице превращает этот кристаллический материал в аморфную структуру, а при дальнейшем растирании аморфное вещество превращается в кристаллические материалы с другой морфологией.

Это наблюдение позволяет предполагать, что для получения новых металлоорганических каркасных структур можно использовать механохимический синтез.

Томислав Фришчич (Tomislav Friščić) из Университета МакГилл (Канада) заявляет, что исследователям из его группы практически удалось получить прямые свидетельства нуклеации и роста кристаллов, происходящих во время трибохимического процесса – разумеется, наблюдаемые явления нельзя было назвать очевидными.

Рисунок из Nat. Commun. 2015, DOI: 10.1038/ncomms7662

Металлоорганические каркасные структуры представляют собой пористые материалы, которые изучаются для применения в хранении и фильтровании газов, катализе и создания сенсоров. Обычно эти материалы получают взаимодействием соли металла и органического лиганда, для этой реакции требуются органические растворители, часто процесс получения MOF требует применения оснований и воздействия высоких температур. Механохимический синтез, напротив, использует вместо термической активации механохимическую, может использовать в качестве исходного вещества для синтеза более доступные оксиды металлов, для такого синтеза нет необходимости использовать основания, а также можно сократить (или вообще отказаться) от применения растворителей.

Фришчич с коллегами изучил механохимический синтез коммерчески значимого цеолитоподобного металлоорганического каркасного материала, известного как ZIF-8, путем растирания ZnO и 2-метилимидазола (HMeIm) с помощью стальных шариков в полиметилметакрилатной мельнице. Прозрачная полимерная оболочка мельницы позволяла следить за процессами, в которых принимали участие материалы, с помощью рентгеновского излучения. Для катализа к реакционной смеси добавляли небольшое количество уксусной кислоты и воды.

В ходе механохимического процесса первоначально наблюдалась ожидаемая дифракционная картина: ZIF-8, Zn(MeIm)₂ с «содалитовой» топологией. Тем не менее, эта дифракционная картина быстро исчезала при дальнейшей работе мельницы, указывая на то, что кристаллическое вещество превращалось в аморфный материал.

Однако после продолжения работы шаровой мельницы появлялась другая дифракционная картина, которая соответствовала ранее неизвестной полиморфной модификации ZIF-8, которую назвали «катсенитом» в честь одного из участников проекта Атанассиоса Катсениса (Athanassios D. Katsenis). Дальнейшее механохимическое воздействие превращало катсенит в третий, ранее известный полиморф диамондоидного типа.

Как отмечает Омар Фара (Omar Farha) из Северо-западного университета, значительным прорывом можно было назвать уже сам механохимический синтез металлоорганической каркасной структуры, поскольку такой подход менее опасен и для окружающей среды, и для синтетиков, однако наблюдение перехода аморфного материала в кристаллический в механохимическом процессе можно считать результатом, производящим самое глубокое впечатление.

Источник: Nat. Commun. 2015, DOI: 10.1038/ncomms7662

метки статьи: #аналитическая химия, #кристаллохимия, #неорганическая химия, #химия полимеров, #элементоорганическая химия