Металлоорганический каркас катализирует превращение этана в этанол

Источник: Physorg

Специалисты Национального института стандартов и технологии (NIST, США) выяснили, что металлоорганический каркас (MOF), известный способностью к разделению компонентов природного газа, может также содействовать преобразованию одного вещества в другое. Металлоорганические каркасные структуры (metal-organic frameworks, MOF) — это новый перспективный класс материалов. Высокая пористость, большая площадь поверхности и перестраиваемые свойства позволяют использовать их для хранения газов и доставки лекарств. MOF под индексом Fe-MOF-74 был разработан в лаборатории профессора Джеффри Лонга (Университет Калифорнии, Беркли). Два года назад ученые выяснили, что данный материал может эффективно отделять друг от друга тесно связанные компоненты природного газа.

В новом исследовании профессор Лонг и сотрудники Центра нейтронных исследований NIST изучали, как Fe-MOF-74 способствует превращению этана (компонент природного газа) в этанол. Сотрудник NIST Крэйг Браун отмечает, что одной из самых важных задач биохимии является создание «с нуля» материалов с конкретными функциями. Довольно трудно повторить происходящее в природе — биологические процессы иногда бывают ужасно сложными. Но металлоорганические структуры могут имитировать природные эффекты прямо в лаборатории и гораздо проще. То, что Fe-MOF-74 катализирует реакцию перехода этана в этанол, выяснилось достаточно быстро. Но вот как именно материал выполняет эту задачу? Специалисты NIST провели ряд экспериментов и определили, что важнейшим условием является наличие железа и особая ориентация окислителя.

То, что железо легко меняет количество электронов, является ключом к эффективности катализа. Когда команда заменила всего 10% железа в MOF на магний, выход этанола сократился на 40%. Вторым условием эффективности катализа оказалась ориентация окислителя — закиси азота, продольной молекулы с кислородом на одном конце и двумя атомами азота на другом. С помощью нейтронного дифрактометра ученые определили, что молекула закиси азота координирована по кислороду к атому железа в MOF. По словам г-на Брауна, исследование каталитического поведения Fe-MOF-74 может выявить и другие возможности использования материала для имитации биологических процессов. Также полученные данные можно применить для синтеза других каталитических MOF.