Химики давно изучают молекулы с одной полостью в растворах, но материалы с множеством полостей оставались загадкой — их просто не могли синтезировать. Пористые ароматические полимеры (PAP) делают за один шаг, и они отлично подходят для адсорбции газов и молекул, но только в твердом виде. В растворе они не работали: без модификаций эти полимеры не растворяются ни в чем из-за сильного слипания частиц.

Ученые из Токийского научного университета нашли способ «развести» PAP с водой, используя ароматические мицеллы — пузырьки из специальных молекул. Оказалось, что такие мицеллы удерживают полимеры в воде в семь раз лучше, чем обычные.

Метод прост: смешали, растерли, обработали ультразвуком — и получили сферические частицы размером около 100 нм.

Результаты опубликованы в издании Chem.

При синтезе PAP выходят разнокалиберными, но исследователи придумали, как их отсортировать — центрифугированием и фильтрацией. Теперь можно получать частицы почти одинакового размера, что важно для практического применения.

Главное — эти «упакованные» полимеры могут захватывать молекулы углеводородов, например, циклодекана или толуола. Если добавить их к полимеру на основе пирен-бензола (PBP), получится трехкомпонентный материал, который светится в девять раз ярче.

Так же можно встроить флуоресцентные красители — и получить водные растворы с красным или зеленым свечением, — объясняет Лоренцо Катти. — В отличие от одиночных полостей, здесь красители распределяются равномерно. Метод даже позволяет работать с нерастворимыми веществами вроде секстиофена — раньше такое было невозможно.

Еще один эффект: если добавить углеводород к уже «загруженному» красителем полимеру, свечение усиливается. Например, циклодекан увеличивает красную люминесценцию в девять раз — вероятно, потому, что его молекулы мешают красителям тускнеть от взаимного гашения. Создать такой четырехкомпонентный материал — редкий успех.

Ароматические мицеллы дали нам новый тип полимеров с множеством полостей, которые работают в воде совершенно иначе, чем одиночные молекулы, — заключают авторы. — Метод пригодится и для неорганических материалов, открывая путь к новым решениям для хранения веществ, сенсоров и катализаторов.

Это прорыв в материаловедении: теперь можно изучать полимеры с множеством полостей не только в порошке, но и в растворе. Практические применения:

• Умные сенсоры — например, детекторы загрязнений в воде.
• Новые катализаторы — реакции могут идти эффективнее.
• Доставка лекарств — если научиться загружать в полости не только красители, но и препараты.

Метод требует дорогих ароматических мицелл и многоступенчатой обработки. В промышленности это может оказаться слишком затратно. Кроме того, пока неясно, как долго такие комплексы остаются стабильными в реальных условиях — например, под действием света или изменения pH.

Ранее ученые нашли потенциального конкурента графена.