Материаловеды из Самарского государственного университета разработали универсальный способ описания структур высокостабильных пористых кристаллов полимеров, получаемых на основе координационных соединений металлов и органических молекул. Результаты работы, выполняемой в рамках гранта Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Inorganica Chimica Acta.
Методы предсказания новых материалов находятся в центре внимания материаловедов. Одна из перспективных тем исследований — разработка методов прогнозирования адсорбционных, каталитических и сенсорных свойств микропористых материалов. В этих соединениях часто встречаются явления переплетения частей структуры, наподобие кольчуги или ткани, что часто препятствует получению пористых каркасов. С другой стороны, оно может привести к необычным свойствам материала, таким как повышенная каталитическая активность и адаптируемость к новым термодинамическим и химических условиям среды.
«Существует острая необходимость контролировать формирование переплетающихся полимеров, а для этого нужно знать, как описать это явление со структурной точки зрения и выявить химические факторы, влияющие на его реализацию, — пояснил участник исследования Евгений Александров. — Так, при попытке получения пористых каркасов нашими коллегами из Педагогического университета г. Чанчунь (Китай) в восьми структурах каркасы оказались переплетающимися».
Для описания способов переплетения в этих соединениях исследователи использовали разработанные коллективом и реализованные в программном комплексе ToposPro методы анализа топологии связывания строительных единиц в каркасы и способов переплетения этих каркасов.
«Мы предложили новый полностью автоматизированный универсальный метод описания мотивов (способов) переплетения структур любой сложности, создали базу данных более 2000 таких мотивов и их классификацию. Для апробации этих методов на практике мы в сотрудничестве с китайскими коллегами синтезировали и изучили строение и свойства серии многокомпонентных кристаллов — переплетающихся каркасов бисимидазол-поликарбоксилатных комплексов кадмия, кобальта и никеля», — рассказал Евгений Александров.
С помощью разработанной методики самарские химики однозначно идентифицировали типы каркасов и их переплетений, а также установили взаимосвязи между свойствами структурных единиц (центральных атомов и лигандов в комплексах), топологией каркасов и способами их переплетений. Также было установлено, что эти соединения обладают хорошей термической стабильностью (не разлагаются до 300 °C) и способны проявлять фотолюминесценцию, что может быть использовано при создании светодиодов и сенсоров.
