Учеными кафедры физической химии Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского федерального университета совместно с профессором Университета Алабама в Бирмингеме Сергеем Вязовкиным впервые было исследовано влияние высококипящего растворителя на полимеризацию трифункционального арилцианата.

Научная группа, работающая в рамках проекта «Физико-химические аспекты формирования микропористых полимерных материалов на основе поли-1,3,5-триазинов», поддержанного грантом РНФ, изучила кинетику и механизм полимеризации трифункционального арилцианата в среде высококипящего растворителя. Данный подход позволяет синтезировать термостабильные нанопористые материалы, которые могут быть использованы, в частности, для хранения водорода. Результаты опубликованы в журнале Королевского химического общества Polymer Chemistry (IF = 5.582).

Как рассказал руководитель проекта РНФ, первый автор статьи, доцент Химического института КФУ Андрей Галухин, был проведен детальный сравнительный анализ процессов полимеризации трифункционального арилцианата в расплаве и в растворе дифенилсульфона.

«Нами было установлено, что механизм полимеризации в обоих случаях один и тот же, но кинетика полимеризации отличается значительно. Реакционная способность мономера в растворе оказалась примерно в пять раз ниже, чем в расплаве, что, по всей видимости, обусловлено влиянием сольватации – взаимодействия растворителя с растворенным веществом», – объяснил ученый.  

Одним из участников рабочей группы является аспирант Химического института КФУ Илья Николаев, кандидатская диссертация которого посвящена поиску взаимосвязи между реакционной способностью арилцианатов и их структурой.

«При нагревании арилцианаты вступают в реакцию полимеризации, кинетику которой мы изучаем, – рассказывает Илья. – В работе, опубликованной в Polymer Chemistry, мы рассмотрели влияние высококипящего растворителя (дифенилсульфона) на кинетику полимеризации синтезированного нами мономера. Полимеризация в среде растворителя позволяет получить перспективные нанопористые полимерные материалы. В порах таких материалов можно хранить, например, водород с целью дальнейшего использования его в качестве источника энергии».

Одной из главных технологических проблем водородной энергетики является хранение этого очень легкого взрывоопасного газа. Продвинуться в решении этой проблемы помогут системы хранения водорода, изготовленные на основе нанопористых полимерных материалов, считает А. Галухин.

«Попадая в пористый материал, который является хорошим адсорбентом, молекулы газа "прилипают" к его стенкам, соответственно если площадь поверхности этих стенок велика, то материал может "впитать" в себя значительное количество газа, – объясняет ученый. – Но обычно газ хранят в баллонах. Закачивают его под большим давлением. Поскольку водород очень легкий, его очень мало вмещается в баллоны, а значит, хранить этот газ таким образом неэффективно. Если в емкость поместить нанопористый материал, то он, как губка, будет впитывать газ, в результате его войдет в систему хранения значительно больше».

Адсорбент нового поколения, считают химики КФУ, нужен также для устранения разливов нефти на воде, которые сейчас собирают с помощью полимерных смол, для создания различных сенсоров, а новые научные результаты могут быть использованы для оптимизации условий получения таких материалов на основе арилцианатных мономеров.