ПОЛУЧЕНА ПЕРВАЯ «ПОРИСТАЯ» ЖИДКОСТЬ

ПОЛУЧЕНА ПЕРВАЯ «ПОРИСТАЯ» ЖИДКОСТЬ

Исследователи из Королевского Университета Белфаста и их коллеги совершили прорыв, создав пористую жидкость – такой материал может использоваться во многих перспективных технологиях, включая улавливание диоксида углерода.

В результате работы была не только изобретена и синтезирована новая жидкость, но также было обнаружено, что она может поглощать большое количество углекислого газа, который абсорбируется в содержащиеся в ее структуре полости.

а) Синтез краун-эфирной клетки. b) Полая, растворимая молекула отображена слева, растворитель – 15-краун-5 (в центре) придает жидкости текучесть, но не может войти внутрь полости клетки. (Рисунок из Nature, 2015,DOI: 10.1038/nature16072)

Исследовательский проект, реализация которого заняла три года, может стать основой для многих эффективных и экологически безопасных химических процессов, включающих в себя помимо прочего улавливание диоксида из отдувочных газов тепловых электростанций.

Руководитель проекта, профессор Стюарт Джеймс (Stuart James), отмечает, что материалы, содержащие полости постоянного размера или поры, важны для современной технологии и уже применяются во многих областях. Вместе с тем до настоящего времени пористые материалы представляли собой твердые вещества – цеолитоподобные или металлоорганические каркасные структуры. Целью исследователей из Белфаста была разработка особой жидкости, для получения которой был применен восходящий подход – первоначально разрабатывались структуры молекул, которые должны были образовать жидкость. При формировании компонентов жидкости критически важным условием была такая форма молекул, которая не позволяла бы им заполнять свободное пространство внутри полости молекулы и, следовательно, в жидкости. Именно такой подход и обеспечил наличие полых «дыр» в молекуле и возможность заполнения жидкости большим объемом газа.

Исследователи отмечают, что их пористая молекулярная жидкость значительно отличается от известных в настоящее время пористых макромолекулярных жидкостей, содержащих полые сферы из оксида кремния. В данном случае жидкость представляет собой раствор молекул, содержащих полости, в растворителе, размеры которого слишком велики для того, чтобы разместиться внутри полости растворенного вещества.

Такого результата удалось добиться, растворяя каркасные молекулы в жидкости, состоящей из краун-эфиров. Для того чтобы молекулы «хозяина», в дальнейшем поглощающие диоксид углерода, могли раствориться в краун-эфире, каждый каркас «гостя» был функционализирован шестью краун-эфирными фрагментами. В конечном итоге исследователи смогли получить жидкую фазу, свободно текущую при комнатной температуре, даже несмотря на высокую концентрацию полостей в каркасе.

Как отмечает Джеймс, для более детального исследования свойств новой жидкости и, возможно, получения более эффективных жидких систем с порами потребуется еще несколько лет, после чего такие материалы могут найти применение на практике. Тем не менее, та задача, которую уже удалось решить в настоящий момент – демонстрация принципиальной возможности создания пор в жидкости, значительно увеличивающей объем газа, который эта жидкость может растворить. Очевидно, что в долгосрочной перспективе такие материалы могут оказаться весьма полезными.

Источник: Nature, 2015; DOI: 10.1038/nature16072