Проект «Новые подходы к конструированию кристаллических материалов: супрамолекулярные клетки на основе металлокластеров каликс[4]аренов» ведущего научного сотрудника НИЛ «Синтетические полимерные материалы и композиты» Химического института имени А.М. Бутлерова Казанского федерального университета Светланы Соловьевой поддержан Российским научным фондом.

Подведены итоги конкурса на продление сроков выполнения проектов 2019 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Как сообщила Центру медиакоммуникаций КФУ Светлана Соловьева, проект РНФ 19-73-20035 «Новые подходы к конструированию кристаллических материалов: супрамолекулярные клетки на основе металлокластеров каликс[4]аренов» выполняется в Казанском университете с 2019 года в сотрудничестве с учеными Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (г. Москва) и Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова.

«Инженерия кристаллов – одна из интенсивно развивающихся и перспективных областей материаловедения, которую можно охарактеризовать как прикладную область супрамолекулярной химии, включающую дизайн, синтез новых кристаллических веществ и материалов с заданными физико-химическими свойствами. В частности, кластеры неферромагнитных ионов неожиданно проявляют значительные магнитные моменты: биодоступность лекарственных форм резко возрастает в присутствии коформеров (компонентов кристалла, которые образуют нековалентные межмолекулярные связи с действующим веществом), пористые материалы селективно адсорбируют молекулы "гостей", вызывая изменение спектральных или магнитных свойств, и т. д», – ввела в курс дела ученый.

Проект соответствует одному из направлений Стратегии научно-технологического развития России: «Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта».

«Наноразмерные металлокластеры и клетки (содержащие от двух до десятков ионов) проявляют уникальные физико-химические свойства, которые существенно отличаются от соответствующих характеристик свободных ионов и молекул. В последнее время внимание к молекулярным кластерам и клеткам заметно усилилось, что связано, прежде всего, с проблемами миниатюризации устройств (например, одна молекула – наноразмерный магнит или сенсор) и появлением методов, позволяющих получать наноструктуры, размер которых контролируется с точностью до одного атома, – обратила внимание она. – Установление новых принципов управления супрамолекулярной структурой кристаллических материалов на атомном уровне и является основной фундаментальной научной проблемой данного проекта».

Фундаментальные исследования ведут и к решению прикладных задач. В рамках выполнения предыдущего проекта были синтезированы и изучены с помощью монокристального рентгеноструктурного анализа с использованием синхротронного излучения новые супрамолекулярные комплексы, координационные полимеры и пористые координационные клетки. Показана высокая эффективность развиваемого в проекте подхода с использованием макроциклов каликс[4]аренов, обладающих ярко выраженной кластерообразующей способностью, в качестве лиганда (атома, иона или молекулы, связанных с другим атомом с помощью донорно-акцепторного взаимодействия), что позволяет тонко настраивать структуру кластеров и клеток, достичь контроля над пористостью кристаллической фазы.

Полученные супрамолекулярные металл-органические клетки проявляют свойства сенсоров: способны адсорбировать молекулы органических растворителей в газовой фазе, органические молекулы из водной среды, а также могут быть использованы для селективного отделения метана от смеси промышленно важных газов (этана, этилена, ацетилена, углекислого газа). Получена серия молекулярных магнетиков на основе марганцевых и диспрозиевых кластеров с увеличением как исходного значения эффективного магнитного момента, так и блокирующей температуры в пределах от  6 до 160 градусов Kельвина.