Исследователи из Университета Хоккайдо, Япония, и Университета Кастилии-Ла-Манчи, Испания, создали органический пористый материал, который может менять цвет при воздействии на его водородные связи паров кислоты. Предполагается, что этот метод можно будет применить для изготовления датчиков и сенсоров. Работа опубликована в Journal of the American Chemical Society.

Пористые органические материалы, меняющие цвет, могут использоваться для хранения и разделения газов и молекул, а также для работы органических электронных устройств и сенсоров. Ученые усовершенствовали пористую органическую структуру HOF. Структуры HOF (Hydrogen-bonded organic frameworks) состоят из органических молекул, связанных водородными связями. Благодаря такому строению HOF обладают гибкостью и возвращаются в исходное состояние при деформации. Однако, в то же время, хрупкость и неустойчивость к нагреву мешает максимально использовать потенциал материалов.

Задачей японских и испанских исследователей было создание материала, который сохранял бы пористую структуру с соответствующими свойствами в условиях повышенной температуры.

Цветовое «включение» и «выключение» пористого органического материала CPHATN-1a соляной кислотой / Ichiro Hisaki et al./ Journal of the American Chemical Society

Ичиро Хисаки и его коллеги разработали гексагональную каркасную структуру HOF под названием CPHATN-1a. Оказалось, что полученное вещество, помимо устойчивости к нагреванию, имеет еще одно полезное свойство — оно меняет цвет в зависимости от условий. При действии на CPHATN-1a раствора или паров соляной кислоты, соединение превращается из желтого в красно-бурый и возвращается в исходный цвет после удаления кислоты и нагрева. Полученное пористое вещество состоит из молекул ароматических углеводородов, в циклах которых некоторые атомы замещены на азот. Исследователи выяснили, что происходит сдвиг спектра поглощаемого материалом света, когда к атомам азота внутри каркаса присоединяются протоны из кислоты, и сдвиг в обратную сторону, когда протоны перестают взаимодействовать с азотом.

Молекулярная структура CPHATN-1a. Атомы азота (голубой) – центры взаимодействия с протонами кислоты. / Ichiro Hisaki et al./ Journal of the American Chemical Society

В испытаниях на устойчивость CPHATN-1a показал хорошие результаты: материал сохраняет пористую структуру при нагревании до 359 градусов Цельсия и не разрушается в таких растворителях как хлороформ, этанол и вода.

Характеристики CPHATN-1a — устойчивость к нагреву и некоторым растворителям, способность менять цвет в присутствии кислот, а также пористое строение и гибкость — позволяют применять материал в многоразовых сенсорах кислот в атмосфере, которые будут включать и выключать соответствующий цвет.