Кооперация Самарского университета с университетом Ноттингема позволит конструировать новейшие материалы

Межвузовская интеграция осуществляется в рамках грантов Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) и Лондонского Королевского Общества. Ученые Самары и Великобритании разрабатывают инструменты анализа и компьютерного дизайна инновационных микропористых материалов. Речь идет о новом классе материалов — металл-органических каркасных полимерах (MOCP). Это высокопористые полимеры органических молекул и ионов металла, связанных в трехмерную структуру. Получаемая в результате координационная сетка имеет рекордную пористость. Один грамм такого вещества имеет поверхность пор соизмеримую по площади с футбольным полем.

Проект "Теория и методы комбинированного тополого-квантовохимического прогнозирования анизотропии механических свойств микропористых каркасных материалов", финансируемый грантом РФФИ, реализуется благодаря тесному сотрудничеству сотрудника межвузовского научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ) Самарского университета Евгения Александрова и доктора Мэтью Аддикоата (Nottingham Trent University, Великобритания). В результате международной коллаборации ученые планируют разработать новые подходы к моделированию механических свойств микропористых соединений на примере металл-органических и ковалентных органических каркасов.

На базе центра по теоретическому материаловедению создается программное обеспечение — ToposPro, которое позволяет осуществлять поиск MOCP с прогнозируемыми заданными свойствами. "Те амбициозные задачи, которые стоят перед нами — моделирование новейших материалов с заданными свойствами, возможно выполнить только в сотрудничестве с Самарским национальным исследовательским университетом имени академика С.П. Королева, так как здесь разработано уникальное программное обеспечение ToposPro, аналогов которому в мире не существует, — подчёркивает Мэтью Аддикоат. — В рамках проекта мы хотим совместить преимущества наших программных продуктов: аналитического комплекса Самарского университета ToposPro и разработанной мной программы AuToGraFS для решения задачи конструирования новых гибких металл-органических каркасных полимеров".

Ученые получили первые результаты, обменялись данными, а также мнениями по их дальнейшему развитию. "На данный момент мы создали Базу данных строительных блоков MOCP, синтонов, полостей. Строительные блоки — это органические линкеры или связки и вторичные строительные единицы, содержащие катионы металлов. Именно катионы склеивают линкеры в общую структуру. Из строительных блоков собираются каркасы, как из кирпичей архитектурные сооружения. Также мы сформировали Базу геометрико-топологических свойств микропористых металл-органических каркасов и ковалентных органических каркасов. Это База мотивов, то есть вариантов сборки. Последовательность сборки может быть разной, их разнообразие очень велико. В дальнейшем мы планируем отобрать наиболее перспективные соединения из этих Баз", — подытожил проделанную работу Евгений Александров.

Металл-органические каркасные полимеры открыты по научным меркам сравнительно недавно — на рубеже 1990-х и 2000-х. Однако уже сейчас понятно, насколько широкие перспективы для промышленности открывают новые материалы, которые можно будет конструировать, а в дальнейшем и синтезировать с определенными характеристиками, подобранными специально под необходимые условия и задачи. К таковым, например, относятся мембраны для разделения газов, катализаторы, сенсоры, наноконтейнеры для хранения газов, лекарств, токсичных и нестабильных веществ.