Ковалентные органические каркасы — перспективные материалы для хранения водорода
Ковалентные органические каркасы — перспективные материалы для хранения водорода.
В Мичиганском университете создан новый класс легких твердых полимерных материалов, который может стать основой для безопасного хранения водородного топлива.
По элементному составу новый материал не отличается от обычных пластмасс. Однако на молекулярном уровне он имеет совсем иную структуру. При изготовлении обычных твердых пластмасс длинные полимерные молекулы очень быстро и хаотическски соединяются между собой. Это затрудняет теоретическое изучение и целенаправленную коррекцию их свойств.
Как сообщается в пресс-релизе Мичиганского университета, группа под руководством Адриана Котэ (Adrien Ct) существенно замедлила протекание этих реакций. В результате удалось добиться формирования регулярной полимерно-кристаллической структуры. Отдельные мономеры связываются в плоскую решетку ковалентными химическими связями. Методом рентгеноструктурного анализа было определено, что формирующаяся структура внешне напоминает шестиугольную кристаллическую решетку графита.
Полученные кристаллы назвали ковалентными органическими каркасами (covalent organic frameworks, COFs). Материалы выдерживают температуры до 500-600°С, а поскольку каркасы образованы не атомами, а молекулами, в них остается довольно много места — характерные размеры ячеек составляют от 7 до 27 ангстрем. Благодаря такой нанопористости ковалентные органические каркасы имеют очень большую площадь внутренней поверхности — от 700 до 1600 квадратных метров на один грамм вещества. Это позволяет хранить в ячейках большое количество водорода. Свои результаты группа Адриана Котэ опубликовала в журнале Science.
Ранее группа Омара Яги (Omar Yaghi) из того же Мичиганского университета создала аналогичные материалы, получившие название металл-органических каркасов (MOFs). В них атомы металла находятся в узлах решетки и соединяются перемычками из органических молекул. Ковалентные органические каркасы были созданы благодаря сотрудничеству двух групп. Новые материалы заметно превосходят MOFs по площади поверхности на единицу массы. Снижение веса важно с учетом потенциального применения этих материалов для хранения топлива в будущих водородных автомобилях.