Создан прототип магнитных аэрогелей для сенсоров и катализаторов

Новые магнитные материалы пользуются большим спросом для создания устройств хранения информации с высокой плотностью, быстрой записи, высокопроизводительных вычислений, сенсорных или каталитических приложений. Наибольшее внимание привлекли одноионные магниты (ОИМ), в которых намагниченность сохраняется в отдельных ионах. Чтобы избежать магнитного обмена между ними, они должны быть пространственно разделены диамагнитной средой.

Недавно металлоорганические каркасы (MOF) были признаны отличной платформой для разработки материалов на основе ОИМ. Так можно достаточно точно подбирать пористость, осуществлять различные химические модификации и, наконец, вводить большое количество магнитных комплексов в диамагнитную матрицу. Однако ранее не было сообщений о создании подобных конструкций.

Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Петербургского института ядерной физики и Института химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН предложили и успешно синтезировали принципиально новые высокопористые твердофазные материалы, проявляющие свойства молекулярных магнетиков. В основе — аэрогель из аморфного кремнезема, модифицированный ионами кобальта (II). Чтобы закрепить ионы на матрице, авторы проводили реакцию, в результате которой на кремнеземе получались этилендиаминовые группы, а аэрогели образовывались в ходе надкритической сушки в углекислом газе.

Полученные аморфные аэрогели имели пористость 60–78% и оказались достаточно однородными. При комнатной температуре во всех образцах отсутствовали сигналы электронного парамагнитного резонанса, что в случае высокоспиновых ионов кобальта могло говорить о слишком быстрой магнитной релаксации. Однако уже при охлаждении до -268°C такие сигналы появились, более того, образцы показали медленную магнитную релаксацию при приложении внешнего магнитного поля.

Таким образом, исследователи получили первые прототипы одноионных магнитов на основе аэрогеля. Поскольку ионы кобальта чувствительны к различным ароматическим молекулам, разработанные материалы очень перспективны в качестве компонентов сенсоров.