Репортаж от Wedoany，Исследователи из Технического университета Граца (TU Graz) доказали, что структура плёнок металлоорганических каркасов (MOF) полностью отличается от ранее предполагавшейся. Это исследование, проведённое на плёнках меди-терефталата меди (Cu(bdc)), опровергает ранее широко принятую структурную модель.
Благодаря высокой пористости MOF считаются перспективными материалами для инновационных применений, таких как хранение газов, улавливание углекислого газа или адресная доставка лекарств, и их открытие было удостоено Нобелевской премии по химии в 2025 году. Структуру MOF в форме монокристаллов определить относительно легко, однако структура в плёнках во многом остаётся загадкой, а ведь именно структура определяет свойства и потенциальное применение материалов.
Команда под руководством Роланда Резеля и Эгберта Цойера из Института физики твёрдого тела Технического университета Граца совместно с Паоло Фалькаро и его коллегами из Института физической химии, а также Кристофом Вёллем из Технологического института Карлсруэ (Karlsruher Institut für Technologie) опубликовала статью в журнале Advanced Functional Materials. На примере плёнок Cu(bdc) исследователи показали, что все ранее предложенные структурные модели неверны, и определили структуру, способную объяснить все наблюдаемые свойства: плёнки Cu(bdc) на самом деле не пористые, а плотноупакованные и содержат дополнительные гидроксильные группы, которые отсутствовали в большинстве предыдущих моделей.
«Наши результаты показывают, что многие опубликованные структурные модели MOF-плёнок неверны и требуют переоценки», — заявил Эгберт Цойер. Этот прогресс стал возможен благодаря сочетанию сложных квантово-механических симуляций с методом вращательной рентгеновской дифракции под скользящим углом (rotating-GIXD), применённым на синхротронном источнике света Elettra в Триесте. В отличие от традиционных методов, метод rotating-GIXD предоставляет почти полную картину кристаллического периода, что позволило команде вывести атомную структуру плёнок Cu(bdc). В сочетании с квантово-механическими симуляциями и определённой с помощью рентгеновской рефлектометрии плотностью плёнок исследователи исключили большое количество структур, предложенных в предыдущей литературе, и с помощью симуляций раскрыли истинную природу плёнок.
Теперь определённая непористая структура объясняет, почему плёнки почти не способны загружать молекулы-гости, почему они обладают аномально высокой стабильностью к воде и почему у них есть магнитные свойства, невозможные в ранее предполагавшихся структурах. Эта структура также подтверждает их ферромагнитное основное состояние, смещая потенциал их применения в сторону физических явлений, которые могут быть актуальны в датчиках, микроэлектронике или магнитных системах хранения. Кроме того, структура содержит слои оксида меди, подобные тем, что встречаются в высокотемпературных сверхпроводниках, и возможные применения, вытекающие из этого, являются основой для дальнейших исследований.
«Благодаря нашей работе мы доказали, что только с помощью сочетания современных дифракционных методов с теоретическим моделированием можно надёжно определить структуру MOF-плёнок», — отмечает Эгберт Цойер. «Дифракционный метод, разработанный под руководством команды Роланда Резеля, в сочетании с программным обеспечением для анализа синхротронных данных, созданным в Техническом университете Граца, предоставил для этого важные инструменты. Это закладывает основу для будущего выяснения структур других MOF-плёнок и последующего их целенаправленного использования в новых приложениях в сенсорике и микроэлектронике.»
