Учені створили нове сімейство кристалічних матеріалів, здатних заміщати молекули газів одного типа в своїй структурі на інші, що може знайти застосування для створення високоселективних каталізаторів промислово важливих реакцій, повідомляється в статті дослідників, опублікованій в журналі Nature у четвер.
Одержані групою Моріса Брукхарта (Maurice Brookhart) з Університету Північної Кароліни в США речовини відносяться до класу металорганічних з'єднань. У своїй кристалічній структурі вони містять атоми іридію, що скріпляють між собою органічними фрагментами.
Утримуючи готельні атоми іридію подібно до молекулярних пінцетів, органічні фрагменти формують в кристалічній структурі систему каналів, які можуть заповнювати газові молекули або молекули летючих органічних сполук.
"Коли ми вперше синтезували ці кристали з розчину толуолу, вони містили в собі молекули азоту N2 і мали червонуватий відтінок. Після цього ми витримали їх на повітрі і звернули увагу, що колір змінився на зелений. Дослідження кристалічної структури показало, що цей колірний перехід відповідає заміні молекул азоту в структурі на кисень, що поступає з повітря", - сказав співавтор публікації Чжен Хуан (Zheng Huang) з Іллінойського університету в Урбане-Шампейн, слова якого наводить Chemistry World.
У своїй подальшій роботі учені показали, що порожнечі в структурі цих з'єднань можуть заповнюватися молекулами аміаку, водню і невеликого за розмірами вуглеводню - етилену. У той же самий час крупніші молекули, такі як діоксид вуглецю або пропилен, доступу до порожнеч вже одержати не можуть.
Більш того, учені показали, що важливий в промисловому відношенні хімічний процес - гідрування етилену C2H4 до Етану C2H6 - може протікати за участю водню усередині цих кристалів.
"Одержані нами з'єднання можуть запускати каталітичний процес гідрування до Етану, це перший в історії хімічний процес за участю газових молекул, проведений усередині кристала", - додав Хуан.
Інші молекули, які можуть бути присутніми в суміші початкових хімічних реагентів в промислових процесах, впливу на протікання реакції робити не будуть.
"Ця робота показує, що селективності хімічних реакцій, що протікають таким чином, можна добитися, підбираючи параметри кристалічної решітки. У той же самий час, для крупніших молекул, наприклад, пентену і гексену, що мають ближчі розміри, цей підхід, ймовірно, реалізувати буде складніше", - прокоментував роботу професор Малкольм Грін з Оксфордського університету у Великобританії, що не брав участі в дослідженні.