Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Технологии разделения химических веществ (газов, углеводородов, изотопов, изомеров) необходимы для нашей повседневной жизни. Во всем мире ведутся работы по упрощению процессов разделения и очистки с использованием методов химической инженерии и новых материалов.

Пористые материалы, функционирующие как мембраны, позволяют проводить разделение с минимальными затратами энергии и снижением углеродного следа, что делает процесс экономически и экологически устойчивым.

Однако повышение эффективности остается сложной задачей. Для этого необходимо более глубокое понимание и контроль молекулярных взаимодействий и процессов диффузии (перемещения молекул в порах).

Исследовательская группа из Института фундаментальных исследований Тата в Хайдарабаде под руководством Ритеша Халдара разработала стратегию, позволяющую усилить контроль над процессом химической диффузии.

Изомеры — это молекулы, которые имеют одинаковый химический состав, но отличаются геометрией и, как следствие, химическими свойствами.

Разделение химических изомеров требует тонкого контроля над размером пор и химическими функциями. Крошечные размеры молекул требуют пор размером 10^-10 м. Поскольку изомеры отличаются по размеру незначительно, иногда на несколько ангстрем, создание молекулярного сита, способного эффективно отделять изомеры по размеру, является непростой задачей.

Для проведения эксперимента по контролируемой диффузии исследователи использовали нанопористый упорядоченный материал, известный как металл-органический каркас.

Используя сочетание эксперимента и молекулярного моделирования, исследователи смогли разработать новую химическую стратегию — динамическое химическое взаимодействие, которое позволяет точно настроить диффузию химических изомеров.

В этой методике химическая природа и динамика узких пор работают в тандеме. Они смогли показать, что при использовании этой стратегии предпочтение в диффузии изомеров может быть даже изменено на противоположное.

Исследовательские группы Джаганната Мондала и Сумьи Гхош из TIFR Hyderabad предсказали, как химические взаимодействия и динамика пор будут влиять на движение молекул.

Основываясь на своих выводах, команда Ритеша Халдара создала идеальный пористый материал, чтобы продемонстрировать это уникальное динамическое взаимодействие. Используя свой новый метод, они успешно разделили алифатические изомеры галогенов и даже показали, что при необходимости можно изменить предпочтения в разделении.

Ранее мы опубликовали 10 перспективных технологий в химической промышленности.