Исследователи из Японии разработали самый быстрый на настоящий момент метод синтеза кристаллических микропористых твердых веществ. В настоящее время исследователи работают над возможностью масштабирования метода и его применения для синтеза этих материалов, спрос на которые в настоящее время растет все больше и больше.

Кристаллические твердые микропористые вещества в настоящее время стали практически незаменимыми для повседневной жизни неорганическими материалами. Их упорядоченная структура содержит систему каналов и пустот диаметром по несколько нанометров, что позволяет им селективно и обратимо абсорбировать молекулы, опираясь на их размеры и форму.

Это обстоятельство привело к распространению микро- и нанопористых неорганических материалов в качестве катализаторов, молекулярных сит и газовых сенсоров.

В настоящее время эти системы также интенсивно исследуются на предмет использования в качестве систем для хранения водорода и изготовления источников питания для мобильных устройств.

Однако недостатком микропористых кристаллических систем зачастую является низкая скорость их кристаллизации; чтобы получить удовлетворительный выход материалов обычно требуется несколько часов или даже несколько недель гидротермической обработки, что, очевидно, ограничивает крупномасштабное применение микропористых систем.

Совместные усилия исследователей из Университета Токио и Отдела Химических разработок компании Мицубиси позволили разработать ультраэкспрессный метод получения алюминофосфата марки AlPO4–5.

Благодаря комбинации быстрого нагрева и внесения в систему зародышей кристаллизации позволяет завершить синтез материала за одну минуту.

Рис. 1. Трубчатый реактор обеспечивает очень
высокую скорость нагрева. (Рисунок из Chem.
Commun., 2014, DOI: 10.1039/c3cc49548e).

Исследователи использовали относительно недорогой трубчатый реактор из нержавеющей стали, обеспечивающий высокое соотношение площадь поверхности / объем. Как заявляет возглавлявший исследование Тацуя Окубо (Tatsuya Okubo), в трубчатом реакторе можно достичь целевую температуру за несколько десятков секунд, в то время, как в автоклаве для этого требуется несколько часов.

Окубо подчеркивает, что быстрый нагрев способствует росту кристаллов с высокой скоростью.

Также было обнаружено, что

внесение в систему зародышей кристаллизации значительно уменьшает время, требующееся кристаллизации – внесенные центры кристаллизации позволяют обойти энергетический барьер, связанный с необходимостью самопроизвольной нуклеации материала. Таким образом,

исследователи из группы Окубо смогли разработать дешевый непрерывный проточный процесс синтеза микропористых материалов, свойства которых позволяют применять их в промышленности.

Прабир Дутта (Prabir Dutta), эксперт по микропористым материалам из Университета Огайо отмечает, что

помимо понижения себестоимости производства порошкообразных материалов быстрый рост кристаллов может оказаться полезным для быстрого синтеза мембран и даже предоставить исследователям новую информацию о механизме кристаллизации.

Он предполагает, что

подход Окубо можно перенести и на синтез других материалов – в особенности важных для промышленности алюмосиликатов.