Металлоорганические каркасы (МОК) – это сложные ансамбли, состоящие из металлических узлов и органических линкеров, образующие упорядоченную структуру с порами строго определенного размера. Уникальные структура и свойства позволяют использовать МОК в самых разных областях: от адсорбции и разделения газов до создания высокочувствительных датчиков и биочипов, а также систем контролируемого высвобождения лекарств и прочего.
Использование циклических высокоазотистых лигандов для синтеза МОК, таких как триазол, тетразол и их производные, позволяет синтезировать новый класс энергетических материалов. Благодаря систематической структуре металлорганических каркасов это даёт возможность тонкой настройки таких свойств, как энергосодержание, чувствительность к внешним воздействиям и термическая стабильность. Традиционно, классический синтез таких каркасов осуществляется в автоклавах при длительном нагревании (до нескольких дней), что связано с низким выходом целевого продукта, высокими энергозатратами, использованием токсичных растворителей и высокой температурой. Применение ускорителя электронов кардинально изменяет процесс синтеза, позволяя достигать высокой эффективности за считанные минуты и значительно увеличивая выход продукта.
В данной работе впервые продемонстрировано использование ускоренных электронов для синтеза МОК на основе кадмия и цинка с тетразольным лигандом. Методами рентгеноструктурного анализа, инфракрасной спектроскопии, термогравиметрии и элементного анализа было установлено, что полученные с помощью воздействия ионизирующего излучения материалы, имеют структуры, аналогичные синтезированным сольвотермальным методом. Эксперименты показали, что полученные высокоэнергетические МОК сохраняют стабильность до температуры 300 градусов.
«Этот метод может быть использован для синтеза высокоэнергетических материалов, востребованных в промышленности. Основным сдерживающим фактором для широкого применения МОК является их высокая стоимость. Ускоритель электронов позволяет провести синтез проще, эффективнее и, как следствие, значительно дешевле», – рассказал один из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории химии технеция ИФХЭ РАН, кандидат химических наук Михаил Волков.
Разработанная методика создаёт условия для масштабного промышленного производства МОКС, что может существенно ускорить внедрение этих материалов в энергетический, фармацевтический и экологический секторы.
Работа поддержана Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (проект № 125012200582–8).
По материалам: Evgeny V. Abkhalimov, Alexander A. Voronov, Mikhail A. Volkov, Anastasiia V. Sitanskaia, Iurii M. Nevolin. Radiation-induced synthesis of Zn and Cd 1H-tetrazole-based energetic MOFs. Radiation Physics and Chemistry, Volume 232, July 2025, 112645.
DOI: 10.1016/j.radphyschem.2025.112645.
Материал подготовлен:
Татьяна Кулькова / Контент-райтер ИФХЭ РАН
Ольга Макарова / Пресс-служба ИФХЭ РАН