Ученые из Института Лавуазье Версальского университета (Institute Lavoisier at University of Versailles) создали металорганические трехмерные структуры, имеющие в своем объеме поры и каналы (MIL-структуры, сокращение от Material Institute Lavoisier). Эти соединения содержат ион металла (в данном случае, хром или железо) и связующие мостики органических молекул, так что получаемый материал отличается большой гибкостью и может легко менять свою форму в зависимости от внешних факторов, таких как давление, температура, освещение, а также под воздействием газов и растворителей.
Французские исследователи, в сотрудничестве с группой ученых швейцарско-норвежской экспериментальной станции Европейского синхротронного центра в Гренобле, впервые обнаружили «гигантское» обратимое увеличение объема в этих материалах. Его величина варьируется от 85% до беспрецедентных 230% от первоначального значения. Столь существенное расширение кристаллических веществ никогда ранее не наблюдалось. Этот обратимый процесс в чем-то аналогничен работе легких – увеличение объема на вдохе, и возврат к первоначальному состоянию при выдохе. Разница заключается в том, что объем легких может измениться лишь на величину порядка 40%.
Экспериментально эффект огромного разбухания достигался очень просто: исследуемые материалы погружались в растворитель, молекулы которого заполняли имеющиеся в структуре пустоты. При этом сами структуры как бы росли, без разрыва связей и с сохранением кристалличности материала. Данный процесс отслеживался с использованием синхротронного излучения в сочетании с компьютерным моделированием.
Для реализации обратного процесса достаточно нагреть сольватированную форму. Получаемая в результате «высушенная» модификация не имеет открытых пор.
Следующим шагом в этой работе будет изучение возможности хранения водорода, либо удержания парниковых газов такими материалами.
References
- C. Serre, C. Mellot-Draznieks, S. Surblé, N. Audebrand, Y. Filinchuk, G. Férey, Science 315, 1828-1831 (2007).
- P. L. Llewellyn, S. Bourrelly, C. Serre, Y. Filinchuk, and G. Férey, Angewandte Chemie International Edition 45, 7751–7754 (2006).
