В прошлом году исследователи из лаборатории Фрейзера Стоддарта (Fraser Stoddart), Северо-западный университет США, сообщали о создании наноструктур нового типа из сахара, соли и спирта. Новая работа этой же исследовательской группы посвящена тому, что созданная ими наноструктура может эффективно распознавать, поглощать и хранить диоксид углерода.

Новые пористые кристаллы, относящиеся к классу металлоорганических каркасных структур [metal-organic frameworks (MOF)], можно получить из экологически безопасных материалов в результате простой операции, что выгодно отличает их от других MOF. Обычные MOF, также проявляющие эффективность в поглощении углекислого газа, обычно содержат тяжелые металлы, которые могут быть опасными как для человека, так и для окружающей среды. Более того, MOF, полученные исследователями из Северо-западного Университета, поглощают углекислый газ обратимо, а о полноте адсорбции углекислого газа можно судить по красному цвету адсорбировавшей CO₂ металлоорганической каркасной структуры.

Рис. 1. Кислотно-основной индикатор, переходя
из желтой окраски в красную, указывает на степень
насыщения каркасной структуры диоксидом углерода.
(Рисунок из J. of the Am. Chem. Soc., 2011;
DOI:10.1021/ja206525×).

Один из авторов исследования, Росс Форган (Ross S. Forgan), отмечает, что, по его мнению, главное достоинство новой системы для поглощения CO₂ – ее углеродная нейтральность – «губка», впитывающая диоксид углерода, создана на основе соединений природного происхождения – продуктов связывания атмосферного диоксида углерода, поэтому она не только нетоксична, но и наиболее эффективно решает задачу понижения содержания атмосферного углерода. Основной компонент новой каркасной системы – гамма-циклодекстрин, биологически возобновляемая молекула углевода, которую выделяют из кукурузного крахмала, узлами кристаллической решетки металлоорганической каркасной структуры удерживаются ионами калия или рубидия. Углекислый газ поглощается циклодекстриновой металлокаркасной системой за счет своей сильнощелочной среды.

Эта особенность позволила исследователям разработать простой метод определения факта предельной адсорбции углекислого газа новым материалом – исследователи ввели в кристаллы новой металлоорганической каркасной структуры кислотно-основной индикатор. «Пустая» металлоорганическая каркасная структура обладает желтой окраской, после предельного заполнения циклодекстриновой MOF диоксидом углерода, ее окраска меняется на красную.

Простота новой металлоорганической каркасной структуры, ее низкая стоимость и экологическая безопасность обуславливают возможность коммерциализации новой системы. Рональд Смолдон (Ronald A. Smaldone), исследователь из группы Стоддарта и участник исследования отмечает, что

полученные результаты являются уникальной демонстрацией того, что относительно простая химическая система может успешной применяться для решения таких важных вопросов, как фиксация диоксида углерода и сенсорная технология.