Российские учёные создали необычные кристаллы, способные поглощать влагу и газы, сохраняя устойчивость в условиях, при которых традиционные материалы могут разрушаться. Исследователи РТУ МИРЭА, РУДН и НИЦ «Курчатовский институт» объединили в одной структуре от пяти до семи редкоземельных элементов. Полученные соединения открывают перспективы для разработки новых систем очистки и осушки газов, а также высокочувствительных химических датчиков.
Основой разработки стали металл-органические каркасы типа MIL-78 — материалы с большим количеством микроскопических пор, способных захватывать и удерживать молекулы различных веществ. За такие свойства их нередко называют «молекулярными губками». Однако у подобных соединений есть существенный недостаток: воздействие влаги и агрессивных химических сред может приводить к разрушению их структуры.
Для повышения устойчивости исследователи использовали принцип высокой энтропии, ранее применявшийся при создании специальных металлических сплавов. Вместо одного элемента в кристаллическую решётку включили сразу несколько лантаноидов: самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий и эрбий. Такое сочетание позволяет изменять свойства материала благодаря совместному влиянию разных атомов.
С помощью гидротермального синтеза учёные получили серию многокомпонентных кристаллов и сравнили их с аналогами, содержащими только один металл. Лабораторные испытания показали, что новые структуры обладают повышенной химической устойчивостью и способны поглощать больше водяного пара и метана. Это особенно важно для технологий, в которых сорбенты должны длительное время контактировать с различными газами и сохранять свои свойства.
В перспективе разработка может пригодиться для глубокой осушки газов, специализированного катализа и создания химических сенсоров. При этом речь пока идёт о лабораторных образцах, а не о готовом промышленном оборудовании. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Inorganic Chemistry Communications.