Новые, русские

Вся соль

Второй год учёные Самарского политеха вместе с сотрудниками школы материаловедения и инженерии из китайского Северо-Западного политехнического университета под руководством профессора Джунджи Вана проводят исследования по прогнозированию нового класса химических соединений – неорганических электридов. Многие из них – это соли, но соли необычные. Они умеют проводить ток, что объясняется особенностями их электронного строения. Дело в том, что в структуре неорганических электридов, кроме обычных анионов (атомов с отрицательным зарядом), есть изолированные электроны, которые готовы взять роль анионов на себя. Оказавшись в пространстве между атомами, электроны становятся очень активными и начинают проводить ток. Кроме того, неорганические электриды признаны превосходными катализаторами, а также сильными восстанавливающими агентами.

Благодаря этим физическим и химическим свойствам новый класс соединений оказывается незаменимым в сфере электроники. Электриды можно будет использовать для преобразования информации, записи и хранения данных. С традиционными проводниками – металлами – они, конечно, конкурировать не смогут, но область их применения обещает быть очень широкой.

– Электрид – это как сосуд, наполненный почти свободными электронами, – рассказывает доктор химических наук, директор международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению профессор Владислав Блатов. – Такими свойствами, как у него, не обладают никакие другие материалы. Где именно эти свойства проявятся наиболее ярко и будут наиболее востребованы, пока сказать трудно. Но вся история науки показывает, что любые необычные признаки вещества рано или поздно находили применение и меняли нашу жизнь. Для электридов этот путь только начинается.

Сейчас учёные с помощью автоматизированного комплекса компьютерных программ ToposPro, разработка которого тоже ведётся в Самарском политехе, определяют, какие вещества можно отнести к классу электридов, и уточняют их характеристики. Для этого наши специалисты готовы провести масштабный анализ всех неорганических веществ. Китайская сторона анализирует полученные данные с помощью современных методов квантовой механики. На данный момент научному коллективу удалось выявить принципы образования нового класса таких соединений и предсказать 34 статически и динамически стабильных электрида. Результаты этой работы опубликованы в одном из ведущих мировых научных журналов по материаловедению – Advanced Functional Materials.

Как сахар

Учёные Самарского политеха уверены: с помощью новых материалов вполне реально спасти мир от глобального потепления. Ведь основная причина начавшихся климатических изменений – повышение концентрации углекислого газа в атмосфере. Химики Политеха разработали пористые водородно-связанные органические каркасы (ВОК), которые будут улавливать углекислый газ и перерабатывать его, например, в монооксид углерода (СО). Это соединение пригодится при производстве спиртов, цветных металлов, машинного топлива, масел и смазок.

– Синтезированные нами материалы отличаются высокой пористостью и поглощающей способностью, – поясняет кандидат технических наук, заведующий лабораторией синтеза новых кристаллических материалов Евгений Александров. – ВОК могут тысячу раз накопить и отдать углекислый газ. Но через тысячу таких циклов их накопительная способность начнёт уменьшаться из-за постепенного схлопывания пор. В конце концов материал утратит поглотительную способность совсем, поскольку структура изменится. Однако эту ситуацию легко можно исправить, растворив и заново кристаллизовав материал.

По своей структуре ВОК чем-то напоминают сахар, который прекрасно растворяется в воде и легко кристаллизуется из раствора охлаждением или выпариванием жидкости. Одно из отличий ВОК в том, что они растворяются только при температуре выше 100 °C в автоклаве (скороварке) под давлением выше атмосферного. Кристаллы начинают расти при медленном охлаждении раствора до комнатной температуры. Поры в веществе образуются благодаря действию высокой температуры и давления. Строение кристалла и пор можно изменять с помощью применения разных растворителей и органических добавок (желательно тех, которые легко вымываются из пор).

Научный коллектив смоделировал целую линейку разнообразных ВОК. В частности, учёные планируют адаптировать эти «углеродные ловушки» для использования в бытовых условиях. Например, разработать специальные противогазы и комнату спасения, в которой можно будет укрыться от пожара. Также в перспективе ВОК могут стать отличными поглотителями неприятных запахов.