Российские ученые синтезировали органические полимерные материалы с большой площадью поверхности на основе углеводородов. Материалы найдут применение в качестве модификаторов для газоразделительных мембран и для хранения газов. Исследование поддержано грантом РНФ. Статья опубликована в журнале Polymers.

Химики могут создавать вещества с требуемыми свойствами с помощью реакции полимеризации, когда большое количество органических или неорганических молекул (звеньев) небольших размеров соединяется в длинные цепочки, образуя новый материал – полимер. Свойства полученного вещества зависят как от химического состава звеньев, так и от их взаимного расположения и типа связи.

Российские ученые синтезировали новые материалы на основе бифункциональных норборненов – сложных молекул углеводородов, содержащих две способные к полимеризации двойные связи.

«Аддитивная полимеризация протекает без разрушения скелета мономера, когда звенья просто последовательно соединяются друг с другом. В качестве мономера можно представить человека, держащего руки вместе на груди. В процессе полимеризации много таких людей раскрывают сложенные руки и сцепляются друг с другом. Мы разработали системы, ускоряющие полимеризацию норборненов, которые работают на воздухе и в присутствии влаги. Сам эксперимент довольно прост: система приливается на воздухе к раствору мономера, и начинает протекать реакция с образованием полимера», – прокомментировал исследование Максим Бермешев, заведующий лабораторией кремнийорганических и углеводородных циклических соединений Института нефтехимического синтеза РАН.

Норборнены и их производные применяют для создания ароматических веществ, лекарственных препаратов, высокоэнергетических добавок к ракетному и моторному топливу, полимерных материалов. С помощью полимеров на их основе создаются высокопрозрачные, гасящие вибрации конструкционные материалы, мембраны для разделения газов и т. д. Преимущества норборненов заключаются в их уникальной способности к полимеризации по трем различным механизмам. Эти процессы приводят к образованию полимеров с различной структурой и свойствами. Также эти вещества просто модифицировать, что позволяет создавать еще больше уникальных соединений.

Использовав в реакции катализатор на основе палладия, ученые получили сшитые пористые полимеры с высокой удельной поверхностью. До настоящей работы самые высокие значения удельной поверхности (150–780 м²/г) для этого класса полимеров достигли с помощью создания содержащих кремний полинорборненов. В новом исследовании ученые достигли лучших результатов на более простых и доступных мономерах – олигомерах норборнадиена. Рекордное значение удельной поверхности составило около 1000 м²/г. Такие полимеры могут найти применение в качестве материалов для хранения газов, а также могут быть полезны при создании композитов и газоразделительных мембран.

Микрофотография поверхности аддитивного полимера, сделанная на сканирующем электронном микроскопе / Dmitry A. Alentiev et al./Polymers, 2018