Ученые Томского государственного университета разработали подходы по созданию нового класса «умных» тканных сорбционных материалов. Их получают за счет встраивания металлоорганических координационных полимеров в синтетические или натуральные ткани. Разработка химиков ТГУ позволяет не только поглощать, но и нейтрализовать опасные органические соединения. Примеры получения новых тканных материалов опубликованы в журнале Inorganic Chemistry Communications (Q1) и Журнале неорганической химии (первая категория «Белого списка»).
– В 2025 году за работы в области металлоорганических координационных полимеров (MOF – metal-organic frameworks) была присуждена Нобелевская премия по химии, – говорит одна из авторов публикации, студентка четвертого курса химического факультета ТГУ Валерия Лобанова. – Однако широкого применения эти новые уникальные материалы пока не находят, поскольку имеют свои недостатки: являются сыпучими, их пористая структура используется не полностью.
Химикам ТГУ удалось решить главные функциональные проблемы этой группы материалов. Ученые разработали способ иммобилизации – надежного встраивания частиц MOF в структуру ткани.
– Отличие нашего подхода заключается в том, что мы не наносим материал на ткань, а выращиваем его непосредственно в структуре ткани, – объясняет Валерия Лобанова. – Это позволяет не только увеличить содержание металлоорганического координационного полимера до 10-25% в таком композитном материале, но и прочнее закрепить его в структуре ткани.
Суть предложенного подхода заключается в том, что в ткань вводится предшественник, из которого затем в условиях повышенной температуры в воде или органическом растворителе с помощью специальных молекул-линкеров идет самосборка материала. При этом наноразмерные частицы MOF формируются непосредственно на поверхности нитей, а также в межнитьевом пространстве, что обеспечивает их высокую стабильность.
В качестве основы химики использовали натуральную ткань – хлопок и синтетическую – полиэтилентерефталат (ПЭТФ, он же лавсан, полиэстер). Сейчас ученые работают с расширенным спектром тканей.
– Мы уже попробовали нанести три типа металлоорганических координационных полимеров на ткани. Один тип материала (Cu-HKUST) придал ткани сорбционные свойства по отношению к различным газообразным загрязнителям. Другой тип каркасного соединения дает возможность не только поглощать вредные или даже особо опасные органические соединения, то и нейтрализовывать их за счет каталитического разрушения, – поясняет заведующий научно-исследовательской лабораторией пористых материалов и сорбции ХФ ТГУ Григорий Мамонтов.
Третий тип материала MIL-100(Fe) продемонстрировал фотокаталитическую активность, то есть он разрушает органические соединения под действием солнечного света. В ходе исследований данная разработка использовалась для очистки воды от фенола при комнатной температуре и показала свою эффективность. Примечательно также то, что этот материал удалось синтезировать при комнатной температуре, что значительно упрощает синтез и позволяет достаточно легко масштабировать его.
Григорий Мамонтов, Полина Мацкан, Валерия Лобанова
Как отмечают разработчики, новый способ позволяет создавать композитные материалы с комбинированными свойствами. При этом в получаемых композиционных материалах полезные свойства ткани – гибкость, прочность, механическая стабильность, фильтрующая способность – сочетаются со свойствами встроенных MOF – сорбционными, каталитическими, фотокаталитическими, а также сорбционно-каталитическими или сорбционно-фотокаталитическими. Материалы могут быть использованы в очистке воды, в качестве самоочищающихся тканей или одежды. При этом материалы могут реагировать на внешние условия, например температуру окружающей среды, температуру тела или влажность.
Полученные подходы являются основой для создания «умных» тканей, которые, например, могут поглощать вредные вещества из воздуха или запахи (бытовые, производственные, запах дыма, пота и другие), а затем под действием солнечного света или мягкого ультрафиолета самоочищаться с разложением этих адсорбированных веществ до безопасных.
Введённые в ткань наночастицы MOF могут выполнять и другие функции: выступать в качестве капсул с лекарственными средствами для контроля или лечения кожных и других заболеваний; контролировать уровень воздействия вредных факторов при рабочем процессе как на производстве, так и в медицинских и других местах, сопряжённых с воздействием вредных факторов; участвовать в сборе информации о состоянии людей; выступать в качестве «контейнеров» для хранения антипиренов, то есть подавлять горение ткани.
В силу высокого количества различных структур MOF и возможности их комбинирования с тканями открываются широкие области применения, что делает сегодня эти исследования актуальными как для фундаментальной науки, так и для решения конкретных прикладных задач.
Химики ТГУ уже получили патент на разработку (патент РФ RU 2 842 392). Работы выполняются на химическом факультете ТГУ в рамках государственного задания Минобрнауки РФ (FSWM-2025-0013).
Источник: Минобрнауки России
