В Национальном институте материаловедения (Япония) выращена тонкая кристаллическая плёнка высокопористого (в трёх измерениях) координационного полимера толщиной в несколько нанометров, молекулы которого ориентированы в заранее выбранном направлении.

Испытания показали, что такая плёнка может с успехом использоваться для обратимой адсорбции газов. Для справки: металлорганические каркасы (МОК), о которых так много говорят и пишут, — это то же самое, что и координационные полимеры, только в супрамолекулярном смысле. Таким образом, высокопористый координационный полимер (ВКП) — это полимер с очень высокой степенью кристалличности. Правда, недостаточно высокой, чтобы сравняться с МОК.

Рис. 1. Новый метод выращивания высокоориентированных плёнок ВКП на поверхности МОК (иллюстрация ACS).

Высокая регулярность ВКП (кристалличность) позволяет им абсорбировать большие объёмы газов, эффективно разделять и концентрировать газовые молекулы, а также выступать в качестве среды для проведения химических газовых реакций (в порах) и т. п.

В последнее время всё бóльшую популярность получает идея возможной интеграции плёнок ВКП, обладающих различной функциональностью, в производство топливных элементов. Но в этом случае просто высокой регулярности ВКП уже недостаточно: необходимо обеспечить согласованную ориентацию кристаллов в многочисленных ВКП-плёнках.

Иными словами, надо научиться выращивать такие плёнки с заранее заданной пространственной ориентацией молекул, что обеспечит впоследствии максимально плотную адгезию между различными типами ВКП при создании топливных элементов.

Однако до сих пор согласованный рост был возможен только для получения планарных (двумерных) плёнок ВКП (без объёмных пор).

В рассматриваемом исследовании японские учёные представили метод, позволяющий получать трёхмерные ВКП-плёнки толщиной всего в несколько нанометров, согласованный рост которых обеспечивался выбором соответствующего субстрата и методом подготовки его поверхности. Логично, что в качестве наиболее подходящих субстратов, способных обеспечить согласованный рост плёнок во всех трёх направлениях, были выбраны МОК. Рост плёнок, который шаг за шагом подробно описан в статье, опубликованной в Journal of the American Chemical Society, проводился методом жидкофазной эпитаксии.

Кроме того, что учёные своими глазами наблюдали протекание эффективной обратимой газовой адсорбции в нанометровом масштабе (толщина плёнки — всего несколько нанометров); они также смогли подтвердить высокую ригидность полученных плёнок, то есть то, что процессы адсорбции-десорбции протекают без структурных изменений каркаса.