Аннотация результатов, полученных в 2017 году
На данном этапе исследований о применении МОК для экологически чистой энергетики важной задачей является изучение адсорбции и переработки токсичных газов, образующихся в процессе производства энергии: NO2, NO, NH3. В рамках реализации данного проекта был детально изучен процесс адсорбции токсичных газов на три каркаса с уникальной топологией: MFM-300(Al), MFM-305(Al) и MFM-520(Zn). Одними из наиболее токсичных газов, выделяющихся при производстве энергии, являются NO2 и NO. По своей электронной структуре данные газы являются радикалами, что позволило применить методы ЭПР спектроскопии и на молекулярном уровне изучить механистические аспекты сорбции газов в каркас. А именно: установить сайты адсорбции, геометрию взаимодействия молекул газа с активными центрами каркаса, определить параметры сорбции. Проведено детальное исследование адсорбции токсичных газов в поры уникального МОК MFM-300(Al). Выполненные исследования демонстрируют, что данный сорбент может быть использован в индустрии для фильтрации выхлопов, содержащих высокотоксичные газы. Было показано, что ключевую роль в процессе адсорбции диоксида азота "играют" мономеры NO2. Методами ЭПР спектроскопии было подтверждено наличие мономеров NO2 при температурах ниже 200K. Применение импульсных методик ЭПР позволило верифицировать данные, полученные при помощи теоретических расчетов, и подтвердить наличие взаимодействия между молекулой NO2 и гидроксо группой каркаса, а также установить локальную геометрию вокруг молекулы NO2 в каркасе. Для каркаса MFM-305(Al) методами ЭПР спектроскопии было показано наличие мономеров NO2 при температурах ниже 200K. Установлено, что в порах каркаса с наличием активных метильных групп происходит конверсия газа NO2 в NO. Метод порошкового РСА показал, что структура каркаса является стабильной при данном процессе. Полученные результаты демонстрируют широкие перспективы для использования МОК не только для хранения токсичных газов, но и их последующей переработки. Проводятся дополнительные исследования данного интересного процесса. Для каркаса MFM-520(Zn) было показано, что в нем, в отличие от ранее изученных, большая часть диоксид азота находится в своей диамагнитной форме димера N2O4 вплоть до комнатных температур. Для подтверждения этого факта использовались методы ЭПР спектроскопии. Произведена оценка энергии активации для процесса разрыва/восстановления димера диоксида азота в каркасе, значение оценки составило ~27 кДж/моль. Полученные данные являются ключевыми для объяснения адсорбции диоксида азота на каркаса MFM-520(Zn). В результате выполнения заявленных исследований были изучены механистические аспекты адсорбции токсичных газов на МОК MFM-300(Al) и MFM-305 (Al), MFM-520(Zn). Полученные результаты должны сильно продвинуть понимание процессов адсорбции и каталитической конверсии газов в МОК.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
На данном этапе исследований о применении МОК для экологически чистой энергетики важной задачей является изучение адсорбции и переработки токсичных газов, образующихся в процессе производства энергии: NO2, NO, NH3. В рамках реализации данного проекта был детально изучен процесс адсорбции токсичных газов на три каркаса с уникальной топологией: MFM-300(Al), MFM-305(Al) и MFM-520(Zn). Одними из наиболее токсичных газов, выделяющихся при производстве энергии, являются NO2 и NO. По своей электронной структуре данные газы являются радикалами, что позволило применить методы ЭПР спектроскопии и на молекулярном уровне изучить механистические аспекты сорбции газов в каркас. А именно: установить сайты адсорбции, геометрию взаимодействия молекул газа с активными центрами каркаса, определить параметры сорбции. Проведено детальное исследование адсорбции токсичных газов в поры уникального МОК MFM-300(Al). Выполненные исследования демонстрируют, что данный сорбент может быть использован в индустрии для фильтрации выхлопов, содержащих высокотоксичные газы. Было показано, что ключевую роль в процессе адсорбции диоксида азота "играют" мономеры NO2. Методами ЭПР спектроскопии было подтверждено наличие мономеров NO2 при температурах ниже 200K. Применение импульсных методик ЭПР позволило верифицировать данные, полученные при помощи теоретических расчетов, и подтвердить наличие взаимодействия между молекулой NO2 и гидроксо группой каркаса, а также установить локальную геометрию вокруг молекулы NO2 в каркасе. Для каркаса MFM-305(Al) методами ЭПР спектроскопии было показано наличие мономеров NO2 при температурах ниже 200K. Установлено, что в порах каркаса с наличием активных метильных групп происходит конверсия газа NO2 в NO. Метод порошкового РСА показал, что структура каркаса является стабильной при данном процессе. Полученные результаты демонстрируют широкие перспективы для использования МОК не только для хранения токсичных газов, но и их последующей переработки. Проводятся дополнительные исследования данного интересного процесса. Для каркаса MFM-520(Zn) было показано, что в нем, в отличие от ранее изученных, большая часть диоксид азота находится в своей диамагнитной форме димера N2O4 вплоть до комнатных температур. Для подтверждения этого факта использовались методы ЭПР спектроскопии. Произведена оценка энергии активации для процесса разрыва/восстановления димера диоксида азота в каркасе, значение оценки составило ~27 кДж/моль. Полученные данные являются ключевыми для объяснения адсорбции диоксида азота на каркаса MFM-520(Zn). Был успешно апробирован процесс утилизации газа NO2 в порах каркаса MFM-520(Zn) посредством промывки пор каркаса после адсорбции NO2 водой с образованием азотной кислоты, который может использоваться в индустрии. Был апробирован подход по созданию каталитически активных МОК путем модификации внутренней поверхности пор. Так были созданы и изучена каркаса со смешанным составом ионов металлов Al3+ и Cr3+ , Al3+ и Fe3+. Данное направление показало свою не эффективность для утилизации токсичных газов, так как не удалось добиться воспроизводимости при применении модифицированных МОК для SCR. Была опробована SCR реакция на примере каркасов MFM-300(V3+)и MFM-300(V4+). Было показано, что каркас MFM-300(V4+) является стабильным при адсорбции молекул NO2 и NH3. Данный результат может иметь огромное значение для последующего применения в индустрии. В результате выполнения заявленных исследований были изучены механистические аспекты адсорбции токсичных газов на МОК, а также получены конкретные результаты по конверсии газов в МОК. Все представленные исследования проведены в рамках сотрудничества с Университетом города Манчестер (Dr Sihai Yong, Prof Martin Schrӧder, Dr Floriana Tuna, Prof Eric McInnes)