Челябинские ученые создают чудо-материалы для очистки вредных газов
9 апреля 2019
Фото: официальный сайт ЮУрГУ
Новые материалы можно использовать в металлургии, электрохимическом производстве и медицине.
Челябинцы запатентовали способ получения материалов с заданными суперсвойствами с помощью так называемых сетчатых структур с высоким содержанием азота.
— Мы поставили цель создать полностью углеродный материал с упорядоченной сетчатой структурой, — говорит руководитель научной группы, инженер НОЦ «Нанотехнологии» ЮУрГУ Дмитрий Жеребцов. — У таких структур развитая система пор, они могут использоваться при изготовлении сенсоров газов и жидкостей, адсорбентов, молекулярных сит для разделения газовых смесей, катализаторов. Сферы их возможного применения — металлургия, электрохимическое производство и даже медицина.
Сегодня одним из самых продвинутых материалов является недавно синтезированный графен, состоящий из тончайшего слоя углерода толщиной всего в один атом. Но графеновая пленка дорогостоящая, сверхплотная и не годится для создания фильтров. Заменой могут послужить ковалентные сетчатые соединения, которые имеют подобные слоистые структуры.
По словам ученых, через плотный слой графена не может проникнуть ни одна молекула, но если увеличить поры в аналоговой пленке до 0,5 нанометра, через них смогут просочиться молекулы воды, углекислый газ, кислород, азот и водород. При этом молекулярный щит остановит наносящие вред здоровью крупные молекулы бензола и даже болезнетворные бактерии и вирусы. Такие органические сетки смогут служить нанофильтрами либо мембранами для очистки жидкостей и газов, масками для защиты от инфекций.
— Возможно и другое важное для экологии применение: хранение газов под давлением, — пояснил ученый. — Так, автомобили будущего на экологически чистом водородном топливе, которое, по прогнозам, заменит бензин, можно оснастить устройствами для перевозки и хранения этого газа, ведь водород очень сложно перевозить при сверхнизкой температуре сжижения.
По словам Дмитрия Жеребцова, сетчатые структуры уже получают сложным методом органического синтеза, и наши ученые продолжают исследования принципиально нового чудо-материала. Нагрев молекулярную сетку до 1000 °С без доступа воздуха, можно трансформировать ее в совершенно новую углеродную кристаллическую структуру, тем самым открыв новый класс кристаллических форм углерода. «Таких экспериментов еще не проводили в мире, и, надеюсь, мы будем первыми», — считает ученый.
В одиночку вузовской команде эти планы не осилить, так что в нее пригласили молодого, но очень квалифицированного специалиста из Индии Сактхи Дхарана. Развивая свои прежние ноу-хау, он вместе с челябинскими коллегами разработал новый способ встраивания атомов азота в структуру углеродного материала. Азотная «вставка» при сохранении высокой электропроводности, по мнению экспертов, позволит применять инновационный материал при изготовлении сверхнадежных аккумуляторов, электродов для электрохимических устройств.
— Мы поставили цель создать полностью углеродный материал с упорядоченной сетчатой структурой, — говорит руководитель научной группы, инженер НОЦ «Нанотехнологии» ЮУрГУ Дмитрий Жеребцов. — У таких структур развитая система пор, они могут использоваться при изготовлении сенсоров газов и жидкостей, адсорбентов, молекулярных сит для разделения газовых смесей, катализаторов. Сферы их возможного применения — металлургия, электрохимическое производство и даже медицина.
Сегодня одним из самых продвинутых материалов является недавно синтезированный графен, состоящий из тончайшего слоя углерода толщиной всего в один атом. Но графеновая пленка дорогостоящая, сверхплотная и не годится для создания фильтров. Заменой могут послужить ковалентные сетчатые соединения, которые имеют подобные слоистые структуры.
По словам ученых, через плотный слой графена не может проникнуть ни одна молекула, но если увеличить поры в аналоговой пленке до 0,5 нанометра, через них смогут просочиться молекулы воды, углекислый газ, кислород, азот и водород. При этом молекулярный щит остановит наносящие вред здоровью крупные молекулы бензола и даже болезнетворные бактерии и вирусы. Такие органические сетки смогут служить нанофильтрами либо мембранами для очистки жидкостей и газов, масками для защиты от инфекций.
— Возможно и другое важное для экологии применение: хранение газов под давлением, — пояснил ученый. — Так, автомобили будущего на экологически чистом водородном топливе, которое, по прогнозам, заменит бензин, можно оснастить устройствами для перевозки и хранения этого газа, ведь водород очень сложно перевозить при сверхнизкой температуре сжижения.
По словам Дмитрия Жеребцова, сетчатые структуры уже получают сложным методом органического синтеза, и наши ученые продолжают исследования принципиально нового чудо-материала. Нагрев молекулярную сетку до 1000 °С без доступа воздуха, можно трансформировать ее в совершенно новую углеродную кристаллическую структуру, тем самым открыв новый класс кристаллических форм углерода. «Таких экспериментов еще не проводили в мире, и, надеюсь, мы будем первыми», — считает ученый.
В одиночку вузовской команде эти планы не осилить, так что в нее пригласили молодого, но очень квалифицированного специалиста из Индии Сактхи Дхарана. Развивая свои прежние ноу-хау, он вместе с челябинскими коллегами разработал новый способ встраивания атомов азота в структуру углеродного материала. Азотная «вставка» при сохранении высокой электропроводности, по мнению экспертов, позволит применять инновационный материал при изготовлении сверхнадежных аккумуляторов, электродов для электрохимических устройств.
Поделиться
