Новый подход был успешно применён для селективного получения трёх различных модификаций MOF на основе лантаноидов и америция с использованием карбоксилатного лиганда. Учёные также сравнили предложенный фотохимический метод с традиционным радиационно-химическим, который ранее не применялся для f-металлов. Результаты их исследования были опубликованы в журнале Materials Chemistry Frontiers и поддержаны грантом Российского научного фонда.
Металлорганические каркасы становятся всё более популярными в области неорганической и координационной химии благодаря своим уникальным свойствам. Каркасы на основе альфа-активных трёхвалентных актинидов уже находят своё применение в качестве автолюминесцентных материалов, используемых в таких областях, как разработка эффективных источников света, сенсорные технологии и органическая электроника. Кроме того, такие каркасы используются для безопасного обращения с ядерными отходами, например, при сорбции радионуклидов как из воздуха, так и из растворов.
За последние десятилетия было предложено более 15 методов синтеза MOF, включая механохимический, микроволновый и ряд других. Каждый из этих методов обладает своими преимуществами и недостатками. Традиционный подход к синтезу – сольвотермальный – сопряжён с низкими выходами, продолжительным временем синтеза и высокими энергозатратами, что делает его трудным для масштабирования, а продукты синтеза очень дорогими. Новый фотохимический метод практически лишён этих недостатков: облучение ультрафиолетом сокращает время синтеза от нескольких дней до нескольких часов или минут, обеспечивает высокий выход продукта, отличается простотой проведения реакции и не требует специального дорогостоящего оборудования. В результате получаемые материалы представляют собой однородный порошок с кристаллами размером около 1 микрометра.
«Металлорганические каркасы на основе актинидов и лантаноидов и многоосновных лигандов могут образовывать несколько различных материалов различной топологии, при этом одинакового химического состава. Изменение начального состава реакционных сред, например, путём варьирования pH, позволяет получать различные типы MOF с заданным составом и строением», – рассказал один из авторов исследования, инженер лаборатории химии технеция ИФХЭ РАН Парашутин Егор.
В отличие от фотохимического метода, впервые опробованный на f-элементах, радиационно-химический метод синтеза MOF не показал выраженной селективности в зависимости от начального состава облучаемого раствора. Облучение пучком ускоренных электронов, как в случае лантанидов, так и америция, приводит к образованию лишь одного продукта – каркаса известного строения MIL-103, представляющего собой структуру с высокой удельной площадью.
«Структура MIL-103, содержащая америций, хотя и напоминает известные аналоги, отличается большим объёмом пор и, в отличие от аналогов, сжимается и расширяется по другим кристаллографическим осям. Сравнение параметров элементарных ячеек MIL-103 на основе различных лантаноидов показывает, что параметры элементарной ячейки, полученные для монокристаллов, больше, чем рассчитанные по данным порошковой дифракции», – рассказал научный сотрудник лаборатории анализа радиоактивных материалов ИФХЭ РАН Новиков Антон.
Как подмечают исследователи, в случае радиационно-химического метода синтеза, высокая энергия и относительно большой поток ускоренных электронов позволяют проводить синтез Am/Ln-MOF (металлорганических каркасов на основе америция и лантанидов) всего за несколько минут. Получаемый продукт является мелкокристаллическим, однако благодаря снижению мощности дозы от 180 до 8 Гр/с, удалось повысить кристалличность получаемых материалов более чем на 600 %, что, в конечном итоге, позволяет интегрировать методы химии высоких энергий в плоскость химии металлорганических каркасов.
«Ультрафиолетовое излучение в дальнейшем позволит синтезировать новые типы каркасных структур на основе различных металлов, которые ранее не были известны научному сообществу, а также направленно выращивать кристаллы известных соединений, структура которых в настоящее время остается неясной», – отметил ведущий научный сотрудник лаборатории химии технеция ИФХЭ РАН, доктор химических наук Волков Михаил.
Разработанный в ИФХЭ РАН метод расширяет возможности для препаративной химии координационных соединений и химии MOF. Благодаря простоте и доступности источников ультрафиолетового излучения, исследователи по всему миру могут получать металлорганические каркасы на основе лантанидов и актинидов в короткие сроки и в значительных количествах.
Применение фотохимических и радиационных методов не только сокращает время и затраты на синтез, но и снижает риск для исследователей, обеспечивая безопасность при работе с высокоактивными веществами. Полученные результаты свидетельствуют о переходе к более устойчивым и безопасным методам в области химического синтеза.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант № 25-73-10086.
По материалам: Evgeny V. Abkhalimov, Egor D. Parashutin, Ilya A. Mokrushin, Aleksander Fedoseev, Anton P. Novikov, Grigory D. Artemiev, Mikhail S. Grigoriev, Sergey Aksenov and Mikhail A. Volkov. Ultra-Violet and Electron Beam Irradiation as an Effective Approach for Design of Ln(III) and Am(III) MOFs. Materials Chemistry Frontiers, 31 Mar 2026. DOI: 10.1039/D6QM00169F
Материал подготовлен:
Кулькова Татьяна / Контент-райтер ИФХЭ РАН
Авторы статьи / ИФХЭ РАН
В других источниках:
Новости РАН 07/07/2026
Научно-информационный портал «Поиск» 07/07/2026