Уксусная кислота и сигаретный пепел.

Нобелевская премия 2025 года

MOF (металлоорганические каркасы, Metal-Organic Frameworks) играют важную роль в хранении и разделении газов, таких как углекислый газ, водород или метан, а также в катализе и в энергетических и накопительных технологиях. Кроме того, они имеют большое значение в медицине, для контролируемого высвобождения лекарственных веществ, и в области охраны окружающей среды, например, для очистки воздуха, регулирования влажности и накопления тепла.

Синтезы соединений ZIF-8 (Zeolitic Imidazolate Framework-8) и HKUST-1 (Cu-BTC, медь(II)-бензолтрикарбоксилат) хорошо подходят для учебных целей и могут быть включены в коллекцию лабораторных синтезов.

HKUST-1, названный в честь Гонконгского университета науки и технологий (Hong Kong University of Science and Technology), также известен как Cu-BTC или MOF-199. Он состоит из ионов меди(II) и 1,3,5-бензолтрикарбоновой кислоты (тримезиновой кислоты), которая выступает в роли линкера (соединителя). Соединение образует характерные сине-зелёные кристаллы и является одним из первых известных MOF. Для его получения требуются соли меди (например, нитрат меди(II) или ацетат меди(II)) и тримезиновая кислота, доступная в виде твёрдого вещества.

Ранее синтез HKUST-1 занимал до 48 часов при температуре 85 °C и требовал длительной сушки, что делало процесс непрактичным. В настоящее время существуют «быстрые и простые» варианты, которые выполняются значительно быстрее.

Один из проверенных и подходящих для учебных лабораторий методов использует гидроксид меди [Cu(OH)₂] в качестве источника металла, поскольку он нейтрализует тримезиновую кислоту. В этом случае суспензию Cu(OH)₂ смешивают с раствором тримезиновой кислоты в воде и этаноле. После примерно 10 минут перемешивания при комнатной температуре выпадает голубой осадок, который промывают этанолом и сушат при температуре около 85 °C в течение примерно 45 минут. В результате образуется тёмно-синий порошок, наглядное подтверждение образования MOF. Метод требует только воду, спирт и простое лабораторное оборудование (стакан, нагреватель, фильтр). Похожие методы дают сопоставимые результаты за 1–2 часа.

Применение и испытания: HKUST-1 прекрасно подходит для демонстрационных экспериментов. Если немного порошка добавить в раствор метиленового синего, то в течение нескольких минут раствор посветлеет, поскольку краситель поглощается в поры материала. С помощью приложения на смартфоне можно количественно оценить уменьшение интенсивности синего цвета, так как метиленовый синий преимущественно поглощает красный свет.