Обнаруженные много лет назад в сибирских угольных шахтах в зоне вечной мерзлоты минералы оказались первыми найденными в природе веществами с металл-органическими каркасными структурами. Последние примерно с 1980-х годов создаются в лабораторных условиях, поскольку считалось, что они просто не могут существовать естественной среде.
Металл-органические каркасы (metal-organic frameworks или MOFs) – подкласс координационных полимеров. Они подобны молекулярной губке, которая способна впитывать газы – водород или диоксид углерода.
По словам учёных, в мире, где выбросы CO2 могут угрожать изменению климата планеты (впрочем, есть исследования и опровергающее эту точку зрения), такая особенность материала очень важна. В связи с этим химики на протяжении многих десятилетий изучали и "настраивали" MOFs, медленно улучшая их свойства, и даже не подозревали, что такие материалы создала и сама природа.
"Обнаружение подобных структур в Сибири полностью меняет наше представление об этих крайне востребованных материалах как о веществах, созданных человеком", — говорит учёный Томислав Фришчич (Tomislav Friščić) из канадского Университета МакГилла.
Но, как ни странно, подобные минералы – степановит (stepanovite) и жемчужниковит (zhemchuzhnikovite) – были открыты не сегодня: впервые их обнаружили более 70 лет назад (между 1940 и 1960 годами). Тогда из-за технических ограничений вещества не были исследованы должным образом.
Они и дальше оставались бы незамеченными, если бы Фришчич не нашёл старый документ о полезных ископаемых и не заметил бы, что их структурное описание было невероятным образом похоже на выращенные в лаборатории металл-органические каркасы.
Канадские учёные решили проверить это предположение и обратились за помощью к российским коллегам – Игорю Пекову из МГУ им. М.В. Ломоносова и Сергею Кривовичеву из Санкт-Петербургского государственного университета. Они помогли получить образцы жемчужниковита, определить структуру его кристалла и создать его синтетические аналоги.
Выяснилось, что жемчужниковит и степановит действительно принадлежат к числу металл-органических каркасов: они состоят из множества углеводородных нитей, заплетённых в своеобразные "снежинки" и "соты", в центре которых находятся ионы металлов, соединённые с молекулами воды, сообщает РИА Новости. Эти ионы, как, отмечают эксперты, мешают данным природным минералам впитывать углекислый газ и водород, из-за чего их нельзя использовать в промышленных целях.
По словам Фришчича, если бы учёные смогли определить структурные характеристики минералов в 1960-х годах, то область создания металл-органических каркасов могла быть ускорена на 30 лет.
Специалисты говорят, что, вероятно, научный мир не начнёт в ближайшее время использовать сибирские минералы – их структура не совсем правильно улавливает углерод. Кроме того, их довольно трудно найти в природе.
Однако открытие доказывает, что, вероятно, существует больше MOFs, созданных природой, и в будущем их изучение поможет улучшить свойства веществ, выращенных в лаборатории.
Результаты исследования опубликованы в научном издании Science Advances.
