Новые нанопористые углеродные структурированные материалы на основе матриц металл-органических каркасов

В результате выполнения проекта разработаны оригинальные методики синтеза и получены в условиях СВЧ активации реакционной массы при атмосферном давлении и в сольвотермальных условиях новые гибридные материалы на основе матриц HKUST-1, ZIF-8, NH2-MIL-101(Al), NH2-MIL-101(Fe) и NH2-MIL-53(Al), содержащих внедренные молекулы-модификаторы каликс[4]аренов с гидроксильными и трет-бутильными группами, краун-эфиров (15-краун-5-эфира и 18-краун-6-эфира) и диалкилимидазолиевые ионные жидкости. Путем их контролируемого пиролиза в инертной атмосфере приготовлены новые углеродные материалы с упорядоченной мезопористой структурой. Парциальным термолиза органических линкеров в каркасах MOF, в том числе, содержащих «гостевые» молекулы-модификаторы, синтезированы новые наноматериалы, представляющие собой иерархически структурированные и мезопористые матрицы NH2-MIL-53(Al)/MIL-53(Al), NH2-MIL-101(Al) и NH2-MIL-101(Fe) с различной степенью карбонизации. При этом содержание в них мезопор возможно контролировать путем подбора режима термолиза. Впервые установлено, что углеродные материалы, приготовленные пиролизом образца HKUST-1 с ионами Cu2+ и бензол-1,3,5-трикарбоксилатными линкерами, модифицированного ионной жидкостью 1-этил-3-метилимидазолийтрифлат (10 вес.% EMIMTf2N/HKUST-1) и цеолитоподобной цинк-имидазолатной матрицы ZIF-8, отличаются активностью при адсорбции этана и метана в широком диапазоне давлений (1-35 атм). При этом более высокие величины адсорбции демонстрирует углеродный носитель, полученный с использованием материала ZIF-8 в качестве прекурсора. Одновременно, оба синтезированных адсорбента отличаются высокой селективностью в отношении этана для пары этан/метан, что делает их перспективными материалами для разделения компонентов природного газа. Впервые показано, что углеродный носитель, приготовленный из прекурсора 10% вес. EMIMTf2N/HKUST-1 отличается повышенной адсорбционной активностью в отношении типичного гербицида – пиклорама - при его удалении из водной среды в широком диапазоне pH. Величина адсорбции пиклорама для этого адсорбента, в основном, существенно выше величин адсорбции гербицидов с кислотными функциями, которую демонстрируют лучшие коммерчески доступные углеродные носители, известные к настоящему времени. Структура синтезированных матриц MOF, гибридных наноматериалов на их основе и углеродных материалов, полученных их карбонизацией, исследована методом порошковой дифракции высокого разрешения, в том числе с использованием синхротронного излучения. Получены новые данные в результате изучения композиционных, спектральных, морфологических и текстурных характеристик синтезированных образцов MOF, гибридных супрамолекулярных материалов на их основе, а также углеродных матриц, приготовленных пиролизом этих систем методами ИК спектроскопии, ТГА-ДТА, СЭМ и низкотемпературной адсорбции азота.