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 Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
«Любить лишь можно только раз», — писал поэт Сергей Есенин, а герои культовых сериалов приходили к выводу, что «настоящая» влюбленность случается в жизни максимум дважды. Однако ни один из этих тезисов не подкреплен научными данными. Американские исследователи подошли к вопросу иначе: опросили более 10 тысяч человек и вывели среднее число сильных влюбленностей, возможных в течение жизни.
17 февраля 2026 года произойдет первое в этом году солнечное затмение, которое будет иметь кольцеобразный тип. Ученый Пермского Политеха Евгений Бурмистров рассказал, почему февральское затмение не похоже ни на одно другое, когда его ожидать и кому посчастливится стать свидетелем редчайшего «огненного кольца».
Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
17 февраля 2026 года произойдет первое в этом году солнечное затмение, которое будет иметь кольцеобразный тип. Ученый Пермского Политеха Евгений Бурмистров рассказал, почему февральское затмение не похоже ни на одно другое, когда его ожидать и кому посчастливится стать свидетелем редчайшего «огненного кольца».
«Любить лишь можно только раз», — писал поэт Сергей Есенин, а герои культовых сериалов приходили к выводу, что «настоящая» влюбленность случается в жизни максимум дважды. Однако ни один из этих тезисов не подкреплен научными данными. Американские исследователи подошли к вопросу иначе: опросили более 10 тысяч человек и вывели среднее число сильных влюбленностей, возможных в течение жизни.
Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
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