Исследователи из Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета представили новый двумерный нанокомпозитный материал, созданный на основе природного минерала тохилинита. Этот материал, имеющий форму наночешуек, обладает регулируемыми свойствами и открывает перспективы для применения в высокотехнологичных областях, таких как нанофотоника и оптоэлектроника. Сообщение об этом поступило 24 июля от Центра пресс-службы России.
Публикация и научный контекст
Детальное описание синтеза и свойств наночешуек тохилинита было опубликовано в научном журнале New Journal of Chemistry в статье «Простой синтез и избранные свойства двумерного материала, состоящего из слоев сульфида железа и гидроксида магния на основе тохилинита». Разработка вписывается в глобальный тренд исследований двумерных материалов, подобных графену, которые благодаря своей атомарной толщине демонстрируют уникальные физико-химические характеристики, важные для создания устройств нового поколения.
Структура и синтез материала
Новый композитный материал представляет собой структуру из чередующихся слоев сульфида железа и гидроксида магния, которые удерживаются вместе электростатическими силами, образуя чешуйчатые частицы. Для его получения ученые адаптировали и модифицировали протокол синтеза, изначально разработанный для другого минерала — валлерита. Подбирая оптимальные концентрации исходных веществ и примесей, исследователям удалось избежать образования побочных продуктов и добиться контроля над составом конечного материала.
Ключевым достижением стала разработка простой технологии гидротермального синтеза, которая позволяет получать композит при умеренных температурах и атмосферном давлении. Формирование структуры происходит за счет процесса «самосборки», обусловленного взаимодействием противоположно заряженных слоев.
Управляемые свойства и области применения
Ученые обнаружили, что электронные, оптические и магнитные свойства синтетического тохилинита в значительной степени определяются сульфидными слоями. Важно, что эти свойства можно целенаправленно изменять, варьируя состав гидроксидной части. Например, частичная замена магния на литий или алюминий в гидроксидном слое позволяет тонко настраивать характеристики материала.
Благодаря такой управляемости и слоистой структуре, новый 2D-нанокомпозит перспективен для использования в самых разных областях: нанофотоника и оптоэлектроника, фото- и электрокатализ, а также в качестве наноантенн, сорбентов и электродов для литиевых, магниевых и алюминиевых аккумуляторов или электрохимических конденсаторов.
Мнение исследователей
Научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Роман Борисов пояснил задачи работы: «Мы занимаемся получением синтетических двумерных сульфидно-гидроксидных материалов, аналогов природных минералов. Ранее нам удалось синтезировать практически чистую фазу на основе минерала валлерита. Теперь мы получили чистые аналоги природного тохилинита. Они дешевы, экологичны и просты в производстве».
Обратите внимание: Японские ученые осваивают технологии создания детей из клеток кожи.
Борисов отметил ключевое преимущество нового материала — отсутствие меди в сульфидных слоях, что делает его более интересным с точки зрения свойств, хотя и несколько снижает устойчивость к окислению. «Также мы научились целенаправленно влиять на распределение железа между слоями. Такая настройка открывает больше возможностей для использования тохилинита в электронике и спинтронике», — добавил он.
Биомиметический подход: вдохновение природой
Руководитель проекта, кандидат химических наук Максим Лихацкий, подчеркнул, что вдохновением для создания материала послужила природа, в отличие от стандартного подхода с предварительным компьютерным моделированием. «В науке существует интересный подход, основанный на «взгляде» на природу. Сама природа — замечательная лаборатория. Минералы валлерит и тохилинит уникальны тем, что построены из чередующихся сульфидных и гидроксидных слоев толщиной в несколько атомов», — сказал он.
Исследователи не просто скопировали природные условия, но и значительно расширили состав материалов, получив соединения с новыми структурами слоев. «Например, для управления свойствами оказалось крайне важным контролировать содержание трехвалентного железа в гидроксидных слоях. Мы показали, что этот фактор существенно влияет на реакционную способность, термическую стабильность, оптические и электронные свойства материалов», — пояснил Лихацкий.
Таким образом, красноярские ученые первыми рассмотрели тохилиниты и валлериты как синтетическую платформу для создания новых двумерных материалов со сложной слоистой структурой, открыв путь к разработке функциональных материалов с заданными свойствами.
НаукаНаукаScience Pop InventionsИсследованияНаукаPROКрасноярскИнновацииLongpost 4 Emotions
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Ученые создали новый перспективный 2D материал в виде наночешуек точилинита.