Для катализа химических реакций и доставки лекарств активно используются координационные полимеры – своего рода «молекулярные конструкторы» из металлов и органических перемычек. Однако многие из них сложны в производстве или требуют дорогих компонентов. Меламин — дешевое и доступное вещество, которое выгодно использовать в качестве «строительного блока» для таких материалов. Однако его применение ограничено из-за плохой растворимости, что затрудняет создание на его основе новых полимеров. Ученые Пермского политеха разработали новый двухмерный координационный полимер на основе меламина и сульфата цинка. Он не только доступен и экономически выгоден, но и обладает уникальными свойствами, которые могут быть полезны в медицине, энергетике и экологии.

Статья опубликована в «Российском химическом журнале». Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Яркий пример координационных полимеров – металл-органические каркасы (MOF). Это материалы, где атомы металлов, как углы конструктора, соединены органическими «стержнями», образуя сверхпористые структуры. По внешнему виду они представляют собой кристаллические вещества.

Благодаря своим уникальным свойствам они нашли применение в различных областях: экологии, энергетике, промышленности и даже в быту. Их используют для фильтров, которые улавливают углекислый газ и снижают парниковый эффект, для очистки воды (удаление тяжелых металлов, токсинов), ускорения химических реакций на производствах и даже для изготовления антибактериальных покрытий имплантатов.

– В качестве «стройматериала» для координационных полимеров может выступать меламин – органическое соединение, которое выглядит как порошок или твердые белые гранулы. Он недорогой и доступный, но редко используется из-за плохой растворимости. Это значит, что его сложно равномерно смешать с солями металлов. В результате полимерный каркас получится «слепленным», не будет иметь четкой структуры и в целом будет трудно предсказать его свойства, ¬¬– комментирует Дмитрий Джепаров, ассистент кафедры «Химические технологии» ПНИПУ.

Ученые ПНИПУ нашли способ улучшить растворимость меламина, чтобы его можно было успешно использовать для создания координационных полимеров. Для этого они смешали его с цинком и 2,6-диметилпиридин-3,5-дикарбоновой кислотой (ДПДК).

– Мы взяли для смеси сульфат цинка, потому что он легко растворяется в воде и дает нужные ионы для построения каркаса. Оказалось, что именно добавка ДПДК помогает растворить меламин, чего обычно трудно добиться. Благодаря этому нам удалось соединить его с цинком и создать новый материал Zn-Mel. Проверки показали, что у получившегося полимера много микроскопических пор и большая поверхность, т.е. его можно использовать как фильтр для газов, ускоритель химических реакций или контейнер для лекарств, – комментирует Екатерина Денисламова, доцент кафедры «Химические технологии» ПНИПУ, кандидат химических наук.

Исследования ученых Пермского политеха привели к созданию нового координационного полимера, который обгоняет аналоги по экономической выгоде за счет возможности применения меламина – более дешевого и доступного материала. Разработка политехников может стать основой для новых технологий в энергетике, медицине и промышленности.

Поддержать редакцию