Исследователи из Университета штата Мичиган (University of Michigan – UM) разработали нанопористый материал, общая площадь поверхности которого значительно больше, чем у всех известных на данный момент времени пористых материалов.

Работу провела группа под руководством адъюнкт-профессора химии Эдама Метцгера (Adam Matzger). Первые результаты опубликованы в журнале Journal of the American Chemical Society. По мнению руководителя группы исследователей – площадь поверхности является неотъемлемой и очень важной характеристикой материалов, которая влияет на их поведение в различного рода процессах, начиная с активности как катализатора и вплоть до детоксикации воды в процессах ее очистки от гидрокарбонатов.

Всего несколько лет тому назад считалось, что верхний предел для площади поверхности пористых материалов находится в районе 3000 квадратных метров на грамм материала. В 2004 году группа исследователей UM, в которую входил и проф. Метцгер, сообщила о разработке материала, известного как MOF-177, который установил новый рекорд. MOF-177 принадлежал к новому классу материалов – металло-органическим каркасам (metal-organic frameworks) – структурам типа строительных лесов, состоящих из центральных металлических стержней, соединенных органическими перемычками. Один грамм MOF-177 имеет полную площадь поверхности, равную площади футбольного поля. Пойти дальше этого было чрезвычайно трудно, но группа проф. Метцгера тем не менее сумела достичь невероятного результата – новый материал UMCM-2 (University of Michigan Crystalline Material-2) обладает общей поверхностью, площадь которой превышает 5000 квадратных метров на грамм.

Для синтезирования нового материала ученые использовали метод координированной полимеризации (coordination copolymerization). Ранее, они пользовались тем же методом для изготовления аналогичного материала UMCM-1 из шести микропористых компонентов, окружающих гексагональный канал, как основу. Комбинируя слегка иные компоненты в качестве ингредиентов, команда проф. Метцгера в результате получила материал UMCM-2, который состоит из сплавленных ячеек различного размера, но не имеет центральных каналов, как UMCM-1.

Свойства нового материала оказались несколько неожиданными, по словам проф. Метцгера, однако, совершенно очевидно продемонстрировали возможности метода координированной полимеризации, который имеет серьезный потенциал для создания и исследования новых материалов.

Новые материалы с гигантской площадью поверхности – это сегодняшний путь к созданию компактных сред для хранения больших объемов водородного топлива. Однако, группа проф. Метцгера обнаружила, что возможности нового материала по накапливанию водорода ничем не больше, чем у существующих материалов того же семейства. Это означает, по мнению исследователей, что площадь поверхности сама по себе не является ключевой при накоплении и удержании водорода материалом.

Евгений Биргер