Російські хіміки за допомогою комп’ютерного моделювання розробили нові матеріали для уловлювання з повітря вуглекислого газу і його перетворення в со, який використовується при виробництві машинного палива, мастил і спиртів. Запропоновані речовини засновані на порфіринах — чутливих до світла молекулах, здатних прискорювати реакцію перетворення вуглекислого газу, а стабільність їм надають атоми перехідних металів. Створені матеріали дуже пористі, стійкі до кислоти і нагрівання, а також витримують багаторазове розчинення і перекристалізацію. Дослідження підтримані грантом президентської програми дослідницьких проектів російського наукового фонду (рнф) і опубліковані в журналі angewandte chemie.
Одна з найсерйозніших сучасних проблем — глобальне потепління, яке викликане, в тому числі, підвищенням концентрації вуглекислого газу в атмосфері. Основну частку викидів co2 дають металургія, виробництво будівельних матеріалів, транспорт, хімічна промисловість. Повністю позбутися від ролі вуглецю в цих галузях поки не вийде, але можна знизити його вміст у викидах. Один з перспективних способів-уловлювання вуглекислого газу і його повторне використання без залучення викопних джерел (вугілля, нафта, природний газ). Наприклад, з» спійманого » з атмосфери вуглекислого газу можна отримати монооксид вуглецю (со), який застосовується у виробництві спиртів, кольорових металів, машинного палива, масел і мастил. Щоб цей напрямок був ефективним і вигідним, необхідно створювати особливі матеріали, здатні поглинати вуглекислий газ і каталізувати реакцію його перетворення.
У своїй новій роботі хіміки самарського технічного університету (самара) разом з колегами з китаю застосували кілька комп’ютерних методів і створили платформу, здатну розраховувати властивості майбутніх матеріалів, на основі яких можна буде зробити ефективні поглиначі і перетворювачі вуглекислого газу.
Вчені випробували свою систему в моделюванні пористих воднево-зв’язаних органічних каркасів (вок). Такі матеріали мають дуже високу пористість і поглинаючу здатність, при цьому їх характеристики можна варіювати, якщо використовувати різні органічні компоненти. Крім того, вони здатні багаторазово розчинятися і кристалізуватися, «очищаючись» таким чином від непотрібних з’єднань. В якості «будівельного блоку» для вок автори використовували порфірини. Ці циклічні молекули широко поширені в природі і відіграють важливу роль у багатьох біологічних процесах. Вони здатні служити фотокаталізаторами, тобто прискорювати реакції під дією світла.
З використанням топологічного підходу (заснований на аналізі будови молекули) вченим вдалося спрогнозувати процес самозбірки нового пористого вок на основі тетракарбоксилатного порфірину. Матеріал показав невисоку стабільність, проте це обмеження вдалося подолати, ввівши в порфіриновий центр перехідні метали. Таким чином автори змоделювали, а потім і синтезували цілу серію металопорфіринових вок з великою площею поверхні пір і чудовою стабільністю. Вони витримують замочування в киплячій воді, концентрованій соляній кислоті (hcl) і сухий нагрів до 270°c. Ця серія вок ефективно прискорює перетворення вуглекислого газу в co при кімнатній температурі.
» таким чином, завдяки сучасним методам дизайну кристалічних матеріалів зроблено ще один важливий крок у вирішенні нагальної екологічної проблеми-глобального потепління. Вона безпосередньо пов’язана з необхідністю зниження концентрації вуглекислого газу в атмосфері, і ми сподіваємося, що наша платформа і наш матеріал внесуть великий внесок у спільну справу», — розповідає керівник проекту по гранту рнф євген александров, кандидат хімічних наук, завідувач лабораторії синтезу нових кристалічних матеріалів, доцент кафедри загальної та неорганічної хімії самарського державного технічного університету.
