20 мая 2024, понедельник, 09:56
TelegramVK.comTwitterYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Наночешуйки в новом двумерном материале

Готовый синтезированный материал двумерных сульфидно-гидроксидных наночастиц в растворе
Готовый синтезированный материал двумерных сульфидно-гидроксидных наночастиц в растворе

Красноярские ученые получили новый нанокомпозитный 2D-материал на основе минерала точилинита с регулируемыми свойствами. Он состоит из чередующихся слоев сульфида железа и гидроксида магния, имеет вид наночешуек и может применяться в нанофотонике, оптоэлектронике, использоваться в качестве сорбентов, электродов и наноантенн. О работе рассказывается в пресс-релизе Красноярского научного центра Сибирского отделения РАН.

Двумерные материалы, такие как знаменитый графен, представляют большой интерес как для исследователей, так и для технического развития. Они имеют толщину всего в один атом и обладают уникальными свойствами, которые могут привести к созданию новых устройств и технологий с улучшенными характеристиками.

Ученые из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и Сибирского федерального университета синтезировали новый многофункциональный композитный двумерный материал на основе природного минерала точилинита. Он состоит из чередующихся слоев сульфида железа и гидроксида магния, связанных за счет электрических зарядов, и образует чешуевидные наночастицы.

Чтобы получить наночешуйки точилинита, специалисты взяли за основу протокол, разработанный для другого минерала — валлериита. Они модифицировали метод, варьируя концентрации прекурсоров и примесей, чтобы избежать побочных продуктов реакции и контролировать состав материала. В результате ученые выработали легкий и простой метод, основанный на гидротермальном синтезе, позволяющий получать композит при умеренной температуре и атмосферном давлении. В процессе синтеза структура точилинита «самособирается» за счет противоположных электрических зарядов на слоях сульфида железа и гидроксида магния. Таким образом, ученые получили практически чистый двумерный синтетический точилинит.

Специалисты обнаружили, что электронные, оптические и магнитные свойства разработанного композита определяются сульфидными слоями и что ими можно управлять, контролируя состав гидроксидной части. Для этого исследователи добавили в материал литий и алюминий, которыми частично заменили магний в гидроксидном слое. Благодаря открытой возможности управления свойствами нового материала, а также его слоистой структуре наночашуйчатый 2D- композит можно применять в нанофотонике и оптоэлектронике, фото- и электрокатализе, использовать как наноантенны, сорбенты и электроды, например, в литиевых, магниевых, алюминиевых источниках тока, электрохимических конденсаторах.

«Мы занимаемся получением синтетических двумерных сульфидно-гидроксидных материалов, аналогов природных минералов. До этого нам удалось синтезировать практически чистую фазу синтетического двумерного материала на основе природного минерала валлериита. Теперь мы смогли получить чистые сульфидно-гидроксидные аналоги природного слоистого минерала точилинита. Они дешевы, экологически безопасны и просты в производстве. В отличие от ранее синтезированных, данные материалы не содержат в сульфидных слоях медь. Это делает их менее стойкими к окислению, но более интересными в плане свойств. Мы также научились целенаправленно влиять на распределение железа в сульфидном и гидроксидном слоях. Такая возможность настройки открывает дополнительные перспективы использования точилинита в электронике и спинтронике», поясняет кандидат химических наук, научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Роман Борисов.

Исследователи отмечают, что для создания 2D-материалов чаще всего приходится проводить компьютерное моделирование, для того чтобы понять, какими свойствами будет обладать материал с заложенными в модель составом и структурой. Однако в этом случае на создание композитного материала точилинита ученых вдохновила природа.

«В науке есть один интересный подход, основанный на том, чтобы "подглядеть" у природы. Природа сама по себе является замечательной лабораторией. Минералы валлериит и точилинит природного происхождения уникальны тем, что построены из чередующихся сульфидных и гидроксидных слоев, каждый из которых толщиной всего в несколько атомных размеров. На состав слоев минералов сильно влияет состав той природной среды, в которой они формировались. Мы попробовали повторить этот процесс в лаборатории. При этом не просто "скопировать" условия природного синтеза, а заметно расширить состав материалов и получить соединения с новыми структурами сульфидных и гидроксидных слоев. Например, для управления свойствами материалов оказалось крайне важным контролировать содержание трехвалентного железа в гидроксидных слоях. Мы показали, что этот фактор существенно влияет на реакционную способность синтезированных материалов и термостабильность, оптические и электронные свойства, интересные для ряда приложений. В целом мы первыми начали рассматривать точилиниты и валлерииты именно как синтетические платформы для получения новых двумерных материалов со смешаннослоистой структурой», рассказывает руководитель проекта, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Максим Лихацкий.

Результаты исследования опубликованы в журнале New Journal of Chemistry.

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
VK.com Twitter Telegram YouTube Яндекс.Дзен Одноклассники
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2024.