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 Дистанционное зондирование из космоса выявило 280 гигантских каменных кругов, разбросанных по пустыне Атбай в Судане. Исследователи пришли к выводу, что это погребальные сооружения, оставленные исчезнувшей культурой скотоводов. Эти люди пасли здесь стада в четвертом-третьем тысячелетии до нашей эры, когда климат в пустыне был более влажным.
Авторы нового исследования выяснили, почему летающие насекомые так не любят чеснок: в нем содержится органическое вещество, подавляющее процесс спаривания и откладывания яиц. Причем мух и комаров отпугивает не запах, а вкус чеснока, поскольку это соединение особым образом воздействует на вкусовые рецепторы.
Хотя сам факт наличия непонятных объектов на снимках, которые американские астронавты сделали на Луне, известен давно, десятилетиями их списывали на химические дефекты светочувствительной эмульсии фотопленки или блики света в линзах камер. Новая публикация на сайте Пентагона признает их реально существующими объектами, хотя и не делает выводов о их природе.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
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