Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Кислород поможет «залечить» дефекты в структуре двумерных материалов
Ученый выяснил, что двумерные материалы на основе цинка, ванадия и азота при контакте с кислородом восстанавливают свою структуру после образования дефектов. Так, согласно моделированию, поврежденные участки материала — места отсутствующих атомов азота или цинка — быстро «залечиваются» благодаря тому, что молекулы кислорода расщепляются, а их атомы заполняют пустоты, воссоздавая правильную кристаллическую решетку. Эта особенность делает материалы удобными для использования в солнечной энергетике и экологически чистом водородном катализе, где долговечность и стабильность структуры критически важны.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Surfaces and Interfaces.
Двумерные материалы на основе тройных нитридов — соединений азота с двумя металлами — перспективны как основа устройств солнечной энергетики и как катализаторы для фотоэлектрохимического получения водородного топлива. Это связано с тем, что тройные нитриды, в частности, те, в которых один из металлов — цинк, хорошо проводят заряд и способны преобразовывать солнечную энергию в электричество. Однако до сих пор оставалось неясным, как такие соединения ведут себя в реальных условиях эксплуатации, в частности, как на них влияет влага и кислород воздуха, особенно когда в структуре материала появляются дефекты, ухудшающие их электронные характеристики.
Ученый из Уфимского университета науки и технологий (Уфа) с помощью компьютерного моделирования исследовал взаимодействие молекул кислорода и воды с поверхностью трех материалов. Все они имели в своем составе атомы азота и цинка, но отличались третьим элементом, которым был ванадий, ниобий или тантал. При этом исследователь смоделировал материалы как в «идеальном» состоянии, так и с искусственно созданными дефектами, когда в кристаллической решетке вещества отсутствовали отдельные атомы азота или цинка. Автор провел квантово-химические расчеты, которые позволяют определить, как в молекуле распределяется заряд и как ведут себя отдельные атомы вещества при взаимодействии с другими соединениями.
Моделирование показало, что молекулы кислорода активно связываются с дефектами в материалах, особенно там, где не хватает атомов азота. Кислород не просто «прилипает» к поверхности — его молекулы распадаются на отдельные атомы, которые заполняют пустоты в кристаллической решетке. При этом энергия связи атомов кислорода и атомов кристаллической решетки достаточно высокая, что говорит о прочности вновь образующихся связей. Интересно, что этот процесс происходит без какого-либо дополнительного воздействия при комнатной температуре.
Участки связывания молекул кислорода и воды на монослое тройного нитрида цинка с ванадием, в котором дефекты связаны с отсутствием атомов азота (а) или цинка (b) / © А.А. Kistanov / Surfaces and Interfaces, 2025
Согласно расчетам, особенно активно кислород взаимодействует с нитридом цинка с ванадием. В этом соединении атомы ванадия активно «притягивают» кислород, образуя наиболее прочные химические связи. Анализ электронной структуры показал, что после взаимодействия с кислородом материал, имеющий дефекты, практически полностью восстанавливает свои первоначальные свойства.
Также оказалось, что молекулы воды примерно в четыре раза слабее, чем кислород, связываются с поверхностью материалов (как с дефектами, так и без них) и не вызывают изменений в их структуре. Это наблюдение говорит о том, что под действием влажности материалы не разрушаются, однако и дефекты в них не восстанавливаются.
«Моделирование показало, что исследованные материалы могут самостоятельно восстанавливаться при контакте с воздухом, что критически важно для их практического применения. Например, в солнечных элементах это позволит увеличить срок службы без потери эффективности. Кроме того, управляя дефектами, мы можем настраивать свойства материала для конкретных задач, будь то преобразование энергии или катализ.
В дальнейшем мы планируем при помощи приборного моделирования оценить эксплуатационные характеристики тройных нитридов цинка в качестве компонентов микроэлектроники, а также с использованием технологии магнетронного распыления синтезировать исследованные тройные нитриды цинка», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Андрей Кистанов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории «Металлы и сплавы при экстремальных воздействиях» Уфимского университета науки и технологий.
Telegram 
Дзен 
VK Среди ныне живущих морских обитателей осталось всего несколько так называемых «живых» ископаемых вроде латимерии или мечехвоста. Остальных мы знаем по уцелевшим остаткам. Новый вид древней рыбы обнаружили палеонтологи в девонском песчанике Канадской Арктики. Судя по найденным зубам и челюстям, рыба была в разы меньше своих родственников, а значит, могла жить в реках, что необычно для этих существ.
Просмотры вакансий и подача заявлений о поиске нового места работы резко активизировались в среде американских ученых, причем они ищут места вне Штатов. Происходящее связано даже не столько с сокращением финансирования науки новой администрацией, сколько с неуверенностью в том, что того или иного исследователя сокращения не коснутся в будущем.
Расчеты показывают, что значительная часть обычной материи содержится не в звездах и планетах, а в межгалактическом пространстве. Это крайне разреженное вещество невозможно наблюдать напрямую, но ученые нашли подходящий «инструмент» — быстрые радиовсплески. В новом масштабном исследовании астрономы изучили более полусотни таких событий и выявили «потерянную» материю Вселенной.
Изучив поведение 69 видов птиц в разных областях Западных Гат (Индия), международная исследовательская группа наконец объяснила, почему территориальные и всеядные птицы чаще других поют по утрам.
Наблюдая ранние этапы рождения землеподобных миров, астрономы приблизились к решению «метрового барьера» — проблемы роста пылевых зерен до размеров, необходимых для формирования планет.
Среди ныне живущих морских обитателей осталось всего несколько так называемых «живых» ископаемых вроде латимерии или мечехвоста. Остальных мы знаем по уцелевшим остаткам. Новый вид древней рыбы обнаружили палеонтологи в девонском песчанике Канадской Арктики. Судя по найденным зубам и челюстям, рыба была в разы меньше своих родственников, а значит, могла жить в реках, что необычно для этих существ.
Вид антилоп, с ледникового периода привыкший к массовым миграциям, пытается вернуться в свой исторический ареал, когда-то достигавший Днепра. Однако их нетипичные для травоядных привычки вызывают сильнейшее отторжение у сельских жителей, предлагающих массово уничтожать их с воздуха. С экологической точки зрения возвращение этих животных весьма желательно, но как примирить их с фермерами — неясно.
Недавно вышел второй сезон сериала «Одни из нас» (TheLastofUs), созданного по сюжету популярнейшей видеоигры. Ученые Пермского Политеха решили разобраться, насколько реален сценарий грибной пандемии, превращающей людей зомби? Чем живет кордицепс и как он «ищет» своих жертв, действительно ли паразит способен эволюционировать настолько, чтобы поражать человеческий организм и подчинять себе его волю, был бы у людей шанс выжить, какие грибы уже поселились в наших телах и выручит ли нас иммунитет, сформированный тысячелетиями.
Казахстанский Алматы — город контрастов, где горы соседствуют с урбанистическими пейзажами, а бизнес-центры — с историческими кварталами. Неизменным остается одно — пробки. Ежедневно сюда приезжает более 700 тысяч автомобилей из пригородов, при этом в самом мегаполисе зарегистрировано порядка 600 тысяч транспортных средств. В результате по улицам ежедневно движется более миллиона транспортных средств.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно