Использование архитектуры небоскребов: новый дизайн повышает пористость и структурную стабильность металлоорганических каркасов

В Бурдж-Халифе, самом высоком здании в мире, использованы передовые технологии строительства, позволяющие противостоять ветру, сейсмической активности и собственному огромному весу. Среди этих методов — «система метаколонн», которая играет ключевую роль, стратегически располагая большие колонны для сопротивления боковым силам, тем самым облегчая строительство такой возвышающейся конструкции.

Что, если бы эти передовые архитектурные методы можно было применить к материальному дизайну?

Металлоорганические каркасы (МОФ) представляют собой пористые материалы, образованные сочетанием ионов металлов и органических лигандов, в результате чего образуются структуры, подобные арматурным стержням в зданиях. Принцип проектирования, лежащий в основе MOF, очень напоминает архитектурное планирование.

Исследовательская группа профессора Вонёна Чо успешно синтезировала новый MOF, используя стратегию проектирования, подобную «Мегафрейму», получившую название «Стратегия объединенной сети». Включив крупные молекулы в структуру MOF — аналогично тому, как колонны функционируют в архитектурном дизайне — они создали «структуру внутри структуры», тем самым увеличивая как пористость, так и структурную стабильность. Их исследования опубликовано в журнале Передовые функциональные материалы.

Это исследование представляет собой значительный прогресс в решении постоянной проблемы стабильности материалов в традиционных MOF. Недавно разработанный MOF не только демонстрирует исключительную водостойкость и структурную целостность, но также демонстрирует превосходную водопоглощающую способность и возможность повторного использования по сравнению с ранее сообщенными MOF. Более того, команда успешно продемонстрировала, что водопоглощающие свойства MOF можно точно настроить путем модификации активных центров в его структуре, что повышает его универсальность для различных применений по сорбции воды.

Чонхе Ли, первый автор исследования, заявила: «Этот новый метод проектирования потенциально может превзойти производительность существующих MOF, значительно расширяя диапазон их применения».

Профессор Вонён Чхве отметил: «Это исследование означает прорыв в точном проектировании на молекулярном уровне. Применяя передовые архитектурные методы к молекулярным системам, мы открываем новые возможности в материаловедении».