Углекислый газ прокладывает путь к уникальному наноматериалу

Источник: phys.org

По распространенному мнению, диоксид углерода — это парниковый газ и один из главных виновников экологических проблем. Но для польских химиков СО₂ стал одним из ключевых элементов реакции, позволяющей создать наноматериалов с беспрецедентными свойствами. Ученые Польской Академии Наук и Варшавского Технологического Университета в сотрудничестве с коллегами из Университета Кембриджа и Университета Ноттингема (Великобритания) разработали специальные химические вещества — прекурсоры. Вступая в реакцию с углекислым газом, они образуют новый высокопористый ( с диаметром пор около 2 нм) материал, пригодный для хранения газов, изготовления катализаторов или зондирующих устройств. Кроме того, материал обладает флуоресцентными свойствами — его квантовый выход значительно выше, чем у классических материалов для производства органических светодиодов.

Как отмечает руководитель группы профессор Януш Левински, исследования не ограничивается созданием одного материала. Проект открывает новый маршрут синтеза наноматериалов на основе оксидов и карбонатов металлов, в котором ключевую роль играет углекислый газ. Докторант Камил Соколовски поясняет, что материал образуется в результате самосборки нанокластеров. Эти нанокластеры содержат ядро из карбоната цинка, заключенное в особым образом спланированную органическую оболочку (гидроксихинолиновый лиганд). Конструкция веществ — прекурсоров была создана по подсказке живой природы. Ученые использовали в качестве примера карбоангидразу, фермент, ответственный за быстрый метаболизм СО₂ в организме человека.

Эффективность энзима основывается на действии его активного центра, где находится система гидроксицинка (Zn—OH). По словам г-жи Соколовски, реакционная система гидроксицинка также присутствует в молекулах алкилцинка, соединения, разработанного учеными для фиксации углекислого газа. Эти соединения представляют особый интерес, так как в дополнение к гидроксильной группе они содержат химически активную связь металл—углерод. В итоге и первая, и вторая реакционная система могут участвовать в последующих химических превращениях прекурсоров. Исследования, связанные с химией алкилгидроксида цинка, ведутся уже более 150 лет. Но только группе профессора Левинкси удалось создать примеры устойчивых соединений алкилгидроксида цинка, полученных в результате рационального синтеза.

Стратегия синтеза с использованием алкилгидроксида цинка и углекислого газа является универсальным инструментом для производства материалов с различными функциями. В зависимости от состава реагентов и условий процесса могут быль получены мезопористые материалы с диаметром пор от 2 до 50 нм, состоящие из наночастиц карбоната цинка или многоатомных цинксодержащих нанокапсул. Дальнейшие исследования показалим, что материал на основе наночастиц ZnCO₃ легко может быть преобразован в аэрогель, содержащий оксид цинка. Аэрогель, в свою очередь, может использоваться для создания катализаторов, ускоряющих реакции между различными газами. Кроме того, полупроводниковые свойства оксида цинка позволяют использовать аэрогель в электронике и фотоэлектронике.