Ученые Томского государственного университета разработали подходы к созданию нового класса «умных» тканных сорбционных материалов: их получают путем встраивания металлоорганических координационных полимеров в синтетические или натуральные ткани. Как сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ порталу Наука Mail, такие материалы способны не только поглощать, но и нейтрализовать опасные органические соединения. Результаты исследования опубликованы в журнале Inorganic Chemistry Communications (Q1) и Журнале неорганической химии.
В 2025 году за работы в области металлоорганических координационных полимеров (MOF — metal-organic frameworks) была присуждена Нобелевская премия по химии. 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. Это позволяет не только увеличить содержание металлоорганического координационного полимера до 10−25% в таком композитном материале, но и прочнее закрепить его в структуре ткани.
Предложенный подход предполагает введение в ткань предшественника, из которого при повышенной температуре в воде или органическом растворителе с помощью молекул‑линкеров происходит самосборка материала. В результате наноразмерные частицы MOF формируются прямо на поверхности нитей и в межнитьевом пространстве, что обеспечивает их высокую стабильность. Изначально химики работали с хлопком и полиэтилентерефталатом (ПЭТФ, лавсаном, полиэстером), а сейчас расширяют спектр используемых 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.
Третий тип материала — MIL‑100 (Fe) — обладает фотокаталитической активностью: он разрушает органические соединения под действием солнечного света. В исследованиях его успешно применили для очистки воды от фенола при комнатной температуре. К тому же материал синтезируют тоже при комнатной температуре — это упрощает процесс и облегчает масштабирование. Разработчики отмечают, что новый способ позволяет создавать композитные материалы с комбинированными свойствами: гибкость, прочность, механическая стабильность и фильтрующая способность ткани сочетаются со сорбционными, каталитическими, фотокаталитическими и комбинированными свойствами встроенных MOF. Такие материалы подходят для очистки воды, создания самоочищающихся тканей и одежды — и могут реагировать на внешние условия, например температуру окружающей среды, температуру тела или влажность.
Полученные подходы служат основой для создания «умных» тканей: они могут поглощать вредные вещества и запахи (бытовые, производственные, дым, пот и прочие), а затем самоочищаться под действием солнечного света или мягкого ультрафиолета — адсорбированные вещества разлагаются до безопасных соединений.
Наночастицы MOF, введенные в ткань, способны выполнять и другие функции: служить капсулами с лекарствами для лечения кожных и иных заболеваний, контролировать воздействие вредных факторов на производстве, в медицине и других опасных зонах, собирать данные о состоянии людей или хранить антипирены — подавлять горение ткани.
Благодаря многообразию структур MOF и возможности их комбинировать с тканями открываются широкие области применения, что делает исследования актуальными и для фундаментальной науки, и для решения прикладных задач.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что новая умная ткань считывает сигналы мышц в реальном времени.
