МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЙ КАРКАС ВЫНЮХИВАЕТ АММИАК

МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЙ КАРКАС ВЫНЮХИВАЕТ АММИАК

Впервые создано электронное устройство, эксплуатирующее полупроводящие свойства двумерной металлоорганической каркасной структуры [metal-organic framework (MOF)], материала, аналогичного графену [1].

Созданное устройство – хеморезистивный сенсор – быстро детектирует аммиак, а также позволяет надеяться, что в перспективе электропроводные MOF могут найти применение и в других областях, включая электрокатализ и запасание энергии.

Хеморезистивные сенсоры используются в таких областях, как мониторинг качества воздуха, свежести продуктов питания, а также для обнаружения взрывчатых веществ. Обычно для изготовления таких сенсоров применяются оксиды металлов, а в последнее время и различные углеродные наноматериалы, включая графен. Эти материалы действуют подобно «электронным носам», изменяя свое электрическое сопротивление, откликаясь на присутствие определенного химического аналита.

Однако строение таких материалов достаточно сложно контролировать на атомном уровне, что осложняет тонкую подстройку их свойств. Модульное строение MOF, напротив, позволяет проводить тонкую подстройку их строения и, следовательно, свойств достаточно просто. Микропористость материалов обеспечивает возможность осуществления строго определенной селективности. Тем не менее, до недавнего момента использование металлоорганических каркасных структур в качестве сенсоров осложнялось отсутствием у них электропроводности.

Как поясняет руководитель работ, позволивших разработать новый сенсор, Мирцеа Динца (Mircea Dincă) из Массачусетского технологического института, новое двумерное металлоорганическое каркасное соединение демонстрирует высокую электропроводность, которая и позволила впервые создать сенсор на основе MOF.

Строение двумерной медьсодержащей каркасной структуры похоже на строение графена. (Рисунок из Angew. Chem., Int. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201411854)

Ранее Динца и коллеги уже получали двумерные электропроводные MOF, аналогичные по строению графену, тогда в состав этих структур входил никель [2]. В новой работе исследователи заменили никель медью и обнаружили, что новый материал демонстрирует обратимый отклик на незначительное количество паров аммиака (менее миллионных долей) – в присутствии его паров проводимость увеличивается, при удалении – снова понижается.

Поскольку аммиак часто используется в качестве тестового аналита для испытания химических сенсоров, исследователям удалось сравнить чувствительность своего устройства с уже существующими, причем оказалось, что двумерная металлокаркасная структура превосходит по чувствительности сенсоры на основе халькогенидов металлов и углеродных нанотрубок.

Специалист по химии металлокаркасных структур из Австралии Мэтью Хилл (Matthew Hill) отмечает, что результаты работы являются важным шагом в применении металлоорганических каркасных систем для изготовления сенсоров. Он добавляет, что до настоящего времени было сложно спроектировать MOF, которая могла бы реагировать на изменения состояния окружающей среды таким образом, чтобы это изменение можно было бы применять в реальной жизни. Хилл надеется, что результаты работы его коллег стимулируют многочисленные исследования в области создания хеморезистивных материалов.

Динца надеется, что дизайн металлоорганических каркасных структур с применением других металлов позволит использовать хеморезистивные материалы на основе MOF для обнаружения других аналитов.

Источники: [1] Angew. Chem., Int. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201411854; [2] J. Am. Chem. Soc., 2015, DOI: 10.1021/ja502765n