Ученые из Токийского университета и центра RIKEN разработали необычный материал — мягкие кристаллы на основе катенанов. По свойствам он напоминает губку и может быть использован для захвата молекул углекислого газа. Научная статья опубликована в журнале Nature.
Катенаны — это молекулы, которые состоят из двух и более сцепленных колец. Они могут перемещаться друг относительно друга, в результате чего происходят конформационные изменения. Они, в свою очередь, могут интересным образом менять свойства материалов. Катенаны существуют в природе и обычно выполняют роль молекулярных машин. До настоящего момента ученые синтезировали цепочки катенанов, которые называются поликатенаны. Однако до сих пор никто не изучал трехмерные кристаллы из этих молекул.
Японские химики сумели создать новый материал, вырастив кристаллы катенанов с использованием ионов кобальта. Ученые контролировали положение молекул катенанов, создавая координационные связи с ионами кобальта. Затем исследователи применили метод рентгеноструктурного анализа, чтобы изучить структуру полученного мягкого кристалла. Как и ожидалось, катенаны составили более 90% кристалла по массе. Что интересно, материал оказался пористым. Эти поры могут использоваться для адсорбции молекул растворителя или газа. После проникновения молекул в материал или после их десорбции форма пор изменялась.
Ученые также проанализировали механические свойства нового материала с помощью метода наноиндентирования. Они выяснили, что материал легко деформируется. Его модуль Юнга, который как раз и характеризует, насколько легко материал подвергается деформации, сравним с модулем полипропилена. Этот пластик, как известно, повсеместно применяется для упаковки. Что удивительно, материал на основе катенанов легко возвращался в изначальную форму без каких-либо повреждений, стоило прекратить прикладывать к нему силу. Также ученые определили, что материал из катенанов легко сжимается. Дело в том, что при сжатии молекулы катенанов как бы скользят относительно друг друга.
«Мы убеждены, что благодаря нашим результатам можно создать инновационный пористый материал. Он бы мог адсорбировать и десорбировать молекулы газов, например углекислого газа, как губка, — достаточно просто сжать его пальцами и разжать», — отметил ведущий автор исследования Хироси Сато.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
