Хімія, фізика та технологія поверхні, 2019, 10 (2), 190-198.

Формування пористої структури сорбентів на основі метал-органiчних каркасних сполук



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp10.02.190

Ya. O. Shablovsky

Анотація


Предмет дослідження – метал-органiчнi каркасні сполуки, що часто називаються також метал-органiчними координаційними полімерами. Такі сполуки є «кристалічними губками», тобто мікропористими твердими фазами з винятково високою площею доступної внутрішньої поверхні. Одним з виразних проявлень специфічності структури таких сполук є ретикулярно-хімічний парадокс – топологічна еквівалентність метал-органiчних каркасних сполук, що радикально різняться за своєю хімічною природою.

Наявність в структурі метал-органiчного координаційного полімера кристалічного порядку забезпечує високу ідентичність пор в сорбентах на основi таких сполук. Одночасно це накладає жорсткі обмеження на геометрію порожнин в каркасі структури і на просторову симетрію самої структури. У роботі виявлені закономірності структуроутворення метал-органiчних координаційних полімерів, що дозволило дати кількісну оцінку частотності реалізації можливих типів їх просторових структур. Ретикулярно-хімічний парадокс обумовлений тим, що обмеженiсть числа формально можливих федоровських груп «посилюється» різко вираженою нерівномірністю розподілу вірогідності реалізації цих груп в кристалічних структурах.

Атомна конфігурація, що формує порожнину каркаса, ізоморфна опуклому багатограннику, симетрія якого допускає сполучення з кристалічною ґраткою. Знайдено одинадцять груп Гесселя, що відповідають можливим порожнинним багатогранникам, оцінена відносна вірогідність реалізації порожнин різної геометрії в каркасних структурах. При структурному дизайні сорбентів на основі метал-органічних каркасних сполук доцільно передбачати такі топологічні поєднання атомних комплексів і молекулярних лінкерів, які забезпечують, по-перше, конфігурації порожнин, що відповідають якій-небудь з цих одинадцяти груп Гесселя, а по-друге, формування результуючої просторової структури центросиметричного типу.


Ключові слова


полімерний сорбент; метал-органiчний координаційний полімер; каркасна структура; структурний дизайн

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


1. Tagaev I.A., Tursunova S.U., Andriyko L.S. Investigation and selection of initial materials as possible sources for obtaining sorbents. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2018. 9(4): 432. [in Russian]. https://doi.org/10.15407/hftp09.04.432

2. Gryn S.V., Storchak Z.A., Levchyk V.M., Alekseev S.A., Yaremov P.S., Ilyin V.G. Titanosilicate Micro/Mesoporous TS-1/MCM-41Composites. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2010. 1(4): 415. [in Russian].

3. Pozhidaev Yu.N. Silicon-containing sorption materials: synthesis, properties and application. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya. 2014. 4(9): 7. [in Russian].

4. Rowsell J., Yaghi O.M. Metal-organic frameworks: a new class of porous materials. Microporous and Mesoporous Materials. 2004. 73(1-2): 3. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2004.03.034

5. Butova V.V., Soldatov M.A., Guda A.A., Lomachenko K.A. Metal-organic frameworks: structure, properties, methods of synthesis and characterization. Russ. Chem. Rev. 2016. 85(3): 280. [in Russian]. https://doi.org/10.1070/RCR4554

6. Tsitsishvili G., Tsitsishvili V. Porosity and Topology of Zeolite Structures. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2011. 2(3): 340. [in Russian].

7. Yaghi O.M., Kalmutzki M.J., Diercks C.S. Introduction to Reticular Chemistry: Metal-Organic Frameworks and Covalent Organic Frameworks. (Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH, 2019). https://doi.org/10.1002/9783527821099

8. Eddaoudi M., Moler D.B., Li H., Chen B., Reineke T.M., O'Keeffe M., Yaghi O.M. Modular chemistry: secondary building units as a basis for the design of highly porous and robust metal-organic carboxylate frameworks. Accounts of Chemical Research. 2001. 34(4): 319. https://doi.org/10.1021/ar000034b

9. O'Keeffe M., Yaghi O.M. Topological analysis of metal-organic frameworks with polytopic linkers and/or multiple building units and the minimal transitivity principle. Chem. Rev. 2014. 114(2): 1343. https://doi.org/10.1021/cr400392k

10. Baburin I.A., Blatov V.A., Carlucci L., Ciani G., Proserpio D.M. Interpenetrating metal-organic and inorganic 3D networks: A computer-aided systematic investigation. Part II. Analysis of the Inorganic Crystal Structure Database. Journal of Solid State Chemistry. 2005. 178(8): 2452. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2005.05.029

11. Mak T., Zhou G.-D. Crystallography in modern chemistry. (New York: Wiley-Interscience, 1997).

12. Sunada T. Topological Crystallography. (Tokyo: Springer, 2013). https://doi.org/10.1007/978-4-431-54177-6

13. Banaru A.M. The critical coordination number in homomolecular crystals. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 2: Khimiya. 2009. 50(2): 100. [in Russian]. https://doi.org/10.3103/S0027131409020023

14. Lord E.A., Banaru A.M. The number of generating elements in a spatial group of a crystal. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 2: Khimiya. 2012. 53(2): 81. [in Russian]. https://doi.org/10.3103/S0027131412020034

15. Belov N.V. Notes on structural crystallography and fedorov symmetry groups. (Moscow: Nauka, 1986). [in Russian].




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp10.02.190

Copyright (©) 2019 Ya. O. Shablovsky