О том, что такое металл-органические каркасные структуры, как предсказать их свойства, как они помогут лечить рак, получать материалы с уникальными свойствами, хранить газ и многое другое — в специальном интервью ко дню химика.

Давайте представим, что мы пришли не в лабораторию к химику, а в библиотеку. Скажем, за томиком Пушкина. И библиотекарь говорит нам:

«Возможно, я найду для вас что-то похожее на поэзию, но, быть может, это будут воспоминания Бианки о неожиданной встрече с сусликом в лесу. В прозе. Видите ли, мы ничего не можем гарантировать заранее, и даже понятия не имеем, что у нас в хранилище находится».

Нелепая ситуация. Но примерно в таком положении сейчас находятся кристаллохимики, которые занимаются изучением свойств металл-органических каркасных полимеров (MOCP или MOF, metal–organic framework) и их синтезом. Они вынуждены проводить многочисленные эксперименты, чтобы проанализировать те или иные структуры, надеясь, что предпосылки, которыми они руководствовались, были верными и результат будет получен.

В Самарском университете на базе Межвузовского научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ) выбрали более глобальный подход. Зачем анализировать каждую отдельную структуру в лаборатории, тратя на это время, силы, реагенты, ресурсы химического оборудования и реакторов, когда можно проанализировать сразу все структуры, в том числе и гипотетические, не выходя из-за компьютера?

Заложив в основу методы квантовой химии, ученые создали программу ToposPro, которая позволяет осуществлять поиск MOCP с прогнозируемыми заданными свойствами, а также анализировать все существующие или гипотетические сгенерированные структуры в автоматическом режиме. Тысячами.

Что это дает на практике, почему металл-органические каркасные полимеры способны произвести новую промышленную революция и как исследования фундаментальной химии незаметно меняют наш мир уже сегодня, рассказал старший научный сотрудник МНИЦТМ Самарского университета, заведующий лабораторией синтеза новых кристаллических материалов кандидат химических наук Евгений Александров.

— Евгений, что представляют собой МОСР?

— Металл-органические каркасные структуры – это пористые кристаллические материалы, на 100% синтетические, в которых ионы металла связаны между собой с органическими молекулами (лигандами) в трехмерную структуру. Внутри таких каркасных структур образуются достаточно крупные для микроуровня поры от 0,1 до 10 нм, в которых могут находиться «гостевые» молекулы, то есть молекулы других веществ. При этом надо иметь в виду, что обычные кристаллические материалы плотные, поэтому у них нет места для пор. Дизайн MOCP отличает не только высокая пористость, но и открытые внутренние каналы и большая площадь внутренней поверхности.

— Почему специалисты пророчат металл-органическим каркасным полимерам такое громкое будущее?