Российские ученые совместно с иностранными коллегами создали проводники на основе тетракарбоновой кислоты с тетратиафулваленовой основой и катионами лантана. Полученные материалы способны захватывать молекулы газов и жидкостей, после чего их электропроводность меняется. Это свойство можно использовать для создания сенсоров и фильтров нового поколения.

Статья исследователей опубликована в журнале Chemical Science.

Металл-органические соединения (МОС) представляют собой сложные комплексы, в которых заряженные атомы металлов — ионы — внедрены в каркас из органического материала, чью основу составляют углерод и водород. Такие материалы имеют высокую удельную поверхность, поэтому способны адсорбировать (вбирать в себя) большие объемы жидкостей и газов. МОС также могут использоваться в качестве катализаторов — веществ, ускоряющих химические реакции. Также благодаря способности откликаться на электрическое и магнитное поле их можно использовать в качестве датчиков и сенсоров.

Ученые из Самарского государственного технического университета, поддержанные Президентской программой исследовательских проектов Российского научного фонда, вместе с коллегами из MIT синтезировали три таких материала на основе ионов лантана, сшитых молекулами тетракарбоновой кислоты на подложке из тетратиафулвалена. Вещества на основе тетратиафулвалена могут в некоторых случаях проявлять свойства сверхпроводимости. Использование этого вещества в создании нового МОС было продиктовано высокой электропроводностью его солей и возможностью образовывать качественную поверхность для синтеза.

Сшивка из тетракарбоновой кислоты, в свою очередь, обеспечивает связь лантана с тетрафулваленом и вносит существенный вклад в геометрию вещества и помогает увеличить электропроводность. Химики из Самары доказали, что изменения в соотношении лантана и органики, состава раствора, в котором проходит реакция, и его температуры позволяют менять укладку молекул. Также ученые выяснили, что большой вклад в электропроводность вносит распределение электронной плотности в молекулярной структуре материала. Соответственно, меняя условия синтеза вещества, можно получать материалы с разными свойствами.

«В синтезированных полимерах мы обнаружили структуры, играющие роль несущих балок. Они добавляют материалу стабильность по отношению к механическим нагрузкам и влаге. Найденная зависимость проводимости от упаковки и взаимодействий друг с другом органических сшивок в каркасе открывает возможности тонкой настройки электропроводящих свойств. Полученные результаты будут полезны для создания новых стабильных проводящих кристаллических материалов на основе МОС», — отметил один из исследователей, заведующий лабораторией Международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению СамГТУ Евгений Александров.