Ученым из Южного федерального университета удалось создать особенный полимер, который изменяет свои характеристики при световом воздействии. Эта разработка будет перспективной во многих областях – от наносенсорики до биомедицины.

Металлорганические координационные полимеры (МОК) представляют собой нанопористые материалы нового поколения, позволяющие подбирать размер и функциональность их полостей под конкретные задачи.

«За счет наличия экстремально высоких показателей пористости и активной поверхности (один грамм этого вещества имеет площадь больше целого футбольного поля), эти материалы находят свое применение в качестве сорбентов, для разделения газов и их безопасного хранения, а также перспективны для пролонгированной доставки лекарств, повышения чувствительности сенсоров и долговечности нанокатализаторов.

И это лишь несколько примеров областей, где такие «наногубки» признаны перспективной и многообещающей заменой традиционным материалам», – рассказал руководитель проекта и научный руководитель направления Южного федерального университета Александр Солдатов.

Однако с ростом числа, качества исследований и разработок в области создания новых материалов повышаются и требования к их свойствам и функциональным характеристикам. В настоящее время особым спросом пользуются так называемые «интеллектуальные материалы» – те, что способны менять свои свойства, реагируя на внешние воздействия.

Одним из таких внешних воздействий может быть свет. Ученые Международного исследовательского института интеллектуальных материалов и Научно-исследовательского института физической и органической химии Южного федерального университета поставили перед собой амбициозную задачу – наделить металлорганические координационные полимеры фотопереключаемыми свойствами, то есть возможностью управления свойствами материала при помощи света.

Для этого в структуру МОК, представляющую собой пористую матрицу, были встроены спиропираны – специальные фотоактивные молекулы, которые под действием света обратимо изменяют свою структуру, что приводит к изменению цвета и объема пор, и, как следствие, оказывают воздействие на свойства и функциональные характеристики самого материала.

В ходе проведения междисциплинарного исследования, поддержанного РФФИ, ученым университета удалось синтезировать гибридный фотоактивный материал, в котором молекула спиропирана была прочно зафиксирована в пористой матрице МОК.

«Было обнаружено, что полученные МОК под воздействием света определенной волны могут контролируемо и обратимо изменять структуру. В частности, облучение светом определенной волны увеличивает проводимость материала. Этот эффект может быть использован для создания нового поколения наноразмерных фотопереключателей и элементов памяти для нанофотоники», – отметил Александр Солдатов.

К настоящему моменту исследователями Южного федерального университета отработаны методики создания МОК на основе наночастиц палладия, способных присоединить молекулы спиропиранов.

Суперкомпьютерное моделирование позволило глубже понять особенности электронного строения исследуемых уникальных материалов. Сейчас на основе разработанных неразрушающих методик диагностики материала с использованием спектроскопии XANES и установок мега-сайенс (синхротронных центров) ученые завершают детальное исследование всех уникальных характеристик полученных гибридных фотоактивных материалов.

«Созданный МОК с фотопереключаемыми свойствами может быть применен к широкому кругу разработок перспективных функциональных материалов – от наносенсорики, гетерогенных фотокаталитических реакций, включая получение водорода при расщеплении воды и преобразование CO₂, применений в качестве элементов фотопереключателей и элементов памяти для нанофотоники и фотоактивных нанореакторов до биомедициских применений», – заключил руководитель проекта.

Результаты исследований опубликованы в Inorganica Chimica Acta, Microporous and Mesoporous Materials, Journal of Molecular Modelingvolume.