Челябинские ученые учатся «сшивать» молекулы кристалла в единый каркас
23 Августа 2019
Фото: Виктория Матвейчук (официальный сайт ЮУрГУ)
По прогнозам это позволит получать новые углеродные материалы для применения в солнечной и водородной энергетике.
Ученые ЮУрГУ впервые изучили физические свойства и структуру одного из ароматических соединений — перинона. Как оказалось, это вещество, широко применяемое в качестве красителя, может дать толчок созданию новых кристаллических углеродных материалов и композитов с очень полезными свойствами. Они могут найти применение в качестве сорбентов для очистки воды и воздуха, в органической электронике, медицине и других сферах.
По словам авторов исследования, комбинация полезных свойств еще не открытых углеродных материалов открывает для них и массу электрохимических применений, например, в аккумуляторах смартфонов или электротранспорта. Они могут произвести переворот в солнечной энергетике, создании топливных элементов, например, водородных, превращающих энергию реакции водорода с кислородом в электричество. По мнению экспертов, это почти неистощимый источник экологически чистой энергии будущего, которая придет на смену бензиновым двигателям.
— У новых форм углерода прогнозируются очень ценные свойства, — считает старший научный сотрудник кафедры материаловедения и физикохимии материалов, инженер-исследователь НОЦ «Нанотехнологии» ЮУрГУ Дмитрий Жеребцов. — Это химическая инертность, электропроводность, прочность, термостабильность, адсорбционные качества. Эти наноматериалы мы планируем синтезировать из органических ароматических соединений. И первый шаг сделан: мы показали, что перинон может существовать не только в виде разупорядоченной кристаллической решетки, но и в двух упорядоченных модификациях.
По словам ученого, большой интерес перинон представляет как крупная плоская молекула, из которой могут быть созданы новые углеродные материалы. Он уверен: получение нового класса кристаллических углеродных материалов приведет к очередному мощному толчку развития материаловедения и всей химии в целом.
Сейчас ученые решают серьезную проблему: как не позволить крупным молекулам ароматических соединений разупорядочиться в процессе термолиза. Дело в том, что при нагреве перинон плавится и образует аморфный углерод. Чтобы он не потерял кристаллическую структуру, исследователи вводят в макромолекулу функциональные группы, которые еще до нагрева «сошьют» между собой все молекулы кристалла в общий углеродный каркас. Как надеются ученые, это позволит получить новые кристаллические чудо-материалы с заданными свойствами.
Другое возможное применение «ароматизаторов» — экология. Челябинские ученые с коллегами из Белградского университета изучают способы борьбы с загрязнением промышленных вод фенолами. Как и перинон, они являются ароматическими соединениями, но могут нанести большой вред окружающей среде и здоровью людей. И все же, как выяснили ученые, токсичное воздействие фенола можно предотвратить, подвергнув его электрохимическому окислению. В качестве нейтрализатора применили пористый углеродный анод, легированный наночастицами оксида железа. В результате вредные вещества окисляются, образуя воду и углекислый газ.
Открытия челябинских и сербских химиков могут найти применение при очистке вод, загрязненных органическими веществами, которые не поддаются обезвреживанию традиционными способами.
По словам авторов исследования, комбинация полезных свойств еще не открытых углеродных материалов открывает для них и массу электрохимических применений, например, в аккумуляторах смартфонов или электротранспорта. Они могут произвести переворот в солнечной энергетике, создании топливных элементов, например, водородных, превращающих энергию реакции водорода с кислородом в электричество. По мнению экспертов, это почти неистощимый источник экологически чистой энергии будущего, которая придет на смену бензиновым двигателям.
— У новых форм углерода прогнозируются очень ценные свойства, — считает старший научный сотрудник кафедры материаловедения и физикохимии материалов, инженер-исследователь НОЦ «Нанотехнологии» ЮУрГУ Дмитрий Жеребцов. — Это химическая инертность, электропроводность, прочность, термостабильность, адсорбционные качества. Эти наноматериалы мы планируем синтезировать из органических ароматических соединений. И первый шаг сделан: мы показали, что перинон может существовать не только в виде разупорядоченной кристаллической решетки, но и в двух упорядоченных модификациях.
По словам ученого, большой интерес перинон представляет как крупная плоская молекула, из которой могут быть созданы новые углеродные материалы. Он уверен: получение нового класса кристаллических углеродных материалов приведет к очередному мощному толчку развития материаловедения и всей химии в целом.
Сейчас ученые решают серьезную проблему: как не позволить крупным молекулам ароматических соединений разупорядочиться в процессе термолиза. Дело в том, что при нагреве перинон плавится и образует аморфный углерод. Чтобы он не потерял кристаллическую структуру, исследователи вводят в макромолекулу функциональные группы, которые еще до нагрева «сошьют» между собой все молекулы кристалла в общий углеродный каркас. Как надеются ученые, это позволит получить новые кристаллические чудо-материалы с заданными свойствами.
Другое возможное применение «ароматизаторов» — экология. Челябинские ученые с коллегами из Белградского университета изучают способы борьбы с загрязнением промышленных вод фенолами. Как и перинон, они являются ароматическими соединениями, но могут нанести большой вред окружающей среде и здоровью людей. И все же, как выяснили ученые, токсичное воздействие фенола можно предотвратить, подвергнув его электрохимическому окислению. В качестве нейтрализатора применили пористый углеродный анод, легированный наночастицами оксида железа. В результате вредные вещества окисляются, образуя воду и углекислый газ.
Открытия челябинских и сербских химиков могут найти применение при очистке вод, загрязненных органическими веществами, которые не поддаются обезвреживанию традиционными способами.
Поделиться
