Разделение молекул, схожих по размеру и свойствам, — одна из самых энергозатратных операций в промышленности. На такие процессы, как дистилляция, приходится примерно 10–15% мирового потребления энергии. Исследователи из Технологического института Сибаура и Университета Нагои (Япония) предложили новый подход — кристалл, который меняет свою структуру в присутствии нужных молекул. Эту информацию сообщает сайт Phys.org.
Материал, названный межслоевым адаптивным кристаллом, состоит из тонких слоёв, способных раздвигаться при приближении определённых гостевых молекул. В исходном состоянии кристалл содержит ультрамикропоры размером около 2,6 Å. Фторированные ароматические поверхности создают положительно поляризованные области, которые притягивают молекулы с комплементарным распределением заряда.
Адаптивность особенно ярко проявилась для CO₂. При температуре 195 К заметное поглощение начиналось уже при давлении 2,0 Па, а при 98 кПа кристалл захватывал около 2,0 молекул CO₂ на одну структурную единицу. Даже при 298 К поглощение оставалось существенным — 0,58 моль/моль. Расширение слоёв было обратимым, что указывает на структурную адаптацию, а не на простое заполнение пор.
Кристалл также отличал CO₂ от азота и метана: при 303 К задержка прорыва CO₂ составляла около 60 секунд относительно азота и 52 секунды относительно метана. Селективность сохранялась даже при высокой влажности. Кроме того, материал предпочтительно захватывал бензол среди схожих молекул, хотя его размер (5,9 Å) более чем вдвое превышал диаметр пор.
По словам профессора Акико Хори, кристалл отвечает на благоприятные взаимодействия с молекулами, а не полагается только на размер пор. Это открывает путь к энергоэффективному улавливанию CO₂ и разделению близких по свойствам органических соединений. Результаты опубликованы в журнале Angewandte Chemie International Edition.