Лаборатория металл-органических координационных полимеров

Научные результаты:

• Проведены эксперименты по целенаправленной функционализации органических лигандов мезопористого каркаса MIL с целью получения химически устойчивых каталитических систем. Изучены аспекты замещения органических лигандов в пористом координационном полимере методами твердотельного ЯМР. Обнаружена необычно низкая энергия активации в процессе замещения и сделаны предположения о его механизме.
• Исследованы сорбционные свойства пористых координационных полимеров. Получены количественные характеристики по удельной поверхности, объему пор, теплоте адсорбции. Обнаружены латеральные взаимодействия сорбтив-сорбтив при сорбции водорода в каркас MIL. Для микропористого координационного каркаса [Zn₂(tdc)₂(dabco)] обнаружена необычно высокая адсорбция CO₂, в два раза превышающая сорбцию аналогичного соединения [Zn₂(bdc)₂(dabco)]. Квантовохимическое моделирование и рентгеноструктурные данные показали, что дополнительные центры связывания локализуется на гетероатомах серы органического лиганда, что является достаточно неожиданным фактом, т.к. до сих пор считалось, что сильными сорбционными центрами в пористых координационных полимерах могут быть только координационно-ненасыщенные катионы металлов. Полученная информация позволит не только направленно получать новые пористые материалы с высокими сорбционными характеристиками, но и улучшать свойства уже известных сорбентов.
• Синтезирован новый пористый координационный полимер ZFU в кристаллической структуре которого реализуются анионные полости, с внутренним размером, достаточным для включения катионов щелочных металлов. Были проведены реакции замещения, и обнаружено включение катионов в эти полости с образованием комплексов по типу криптандов. Было обнаружено, что включение щелочных металлов приводит к заметному понижению интенсивности фотолюминесценции каркаса координационного полимера.
• Изучены свойства композитных материалов с рекордными значениями протонной проводимости на основе микро- и мезопористых координационных полимеров с включенными в их полости фазами кислоты или кислых солей. Методами рентгенофазового анализа и электронной микроскопии было показано, что включение кислых фаз, как правило, не приводит к разрушению пористой структуры матрицы, однако гидролитическая устойчивость существенным образом зависит от качества приготовления исходного координационного полимера. Анализ экспериментальных зависимостей протонной проводимости материалов от температуры и влажности атмосферы позволил сделать вывод о механизме протонного переноса в образцах. Полученные данные демонстрируют высокий потенциал подхода, используемого в настоящем исследовании.
• Были получены координационные полимеры с каталитическими центрами основной природы, изучена реакция Генри и сделаны выводы о факторах, влияющих на выход и селективность каталитических процессов. Были разработаны оригинальные методики и синтезированы наночастицы Au и Pd в микрополостях координационных каркасов MIL и HKUST с различным содержанием платиновых металлов.

Образование и переподготовка кадров:

• Защиты: 1 докторская диссертация, 6 кандидатских диссертаций, более 10 выпускных квалификационных работ бакалавра.

• Организованы 3 новых обучающих курса для студентов НГУ и аспирантов ИНХ СО РАН: «Материалы и их свойства» (2014 г.), «Актуальные аспекты химии металл-органических координационных полимеров» (2015 г.), «Актуальные аспекты химии кластерных соединений и материалов» (2016 г.).

• Ежегодно в лаборатории проходят стажировку в рамках курсовых работ около 10 студентов НГУ разных курсов.

• Сотрудники лаборатории участвовали в организации и чтении лекций для научных школ, проводимых на базе ИНХ СО РАН, НГУ и БГУ (Бурятский государственный университет)

Сотрудничество:

• Ноттингемский университет (Великобритания), Университет Тохоку (Япония), НИЦ «Курчатовский институт» (Россия), Томский государственный университет (Россия), Институт общей и неорганической химии РАН (Россия): совместные исследования

• Манчестерский университет (Великобритания), Томский государственный университет (Россия): стажировки сотрудников