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.
В СПбГУ научились предсказывать свойства наноматериалов
Химики Санкт-Петербургского государственного университета применили методы работы с большими данными для предсказания фотокаталитических свойств нанолистов оксида цинка — наноструктурированного материала, состоящего из частиц в форме тонких листов. Исследование позволит решить вопрос безотходной утилизации красителей, которые широко используются как в лакокрасочной, так и в текстильной промышленности, а также ряд других задач.
Исследование опубликовано в научном журнале Applied Surface Science, освещающем вопросы свойств поверхностей и наноструктур, а также их применения. Разработка новых материалов – важная задача современной науки, поскольку такие материалы позволяют уменьшить вредные выбросы в биосферу и снизить загрязнение окружающей среды. Процесс разработки новых материалов сложный и трудозатратный, так как включает в себя несколько этапов, каждый из которых занимает большое количество времени и не всегда может привести к желаемому результату.
Так, химики должны сначала синтезировать материал, затем изучить его свойства и после провести апробацию, чтобы понять, справится ли разработанный материал с конкретной задачей. Упростить и ускорить разработку новых материалов можно, если заранее, еще до синтеза вещества, удастся понять, какой материал с точки зрения его свойств будет наиболее эффективен для решения той или иной задачи.
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета разработали модель для предсказания фотокаталитических свойств нанолистов оксида цинка, что открывает широкие перспективы разработки наноматериалов с заданными свойствами, которые могут быть использованы, например, для очистки сточных вод от красителей.
В качестве фотокатализатора, то есть материала, способного разлагать органические красители под действием света, исследователи СПбГУ использовали нанолисты оксида цинка — этот материал нетоксичен и доступен для получения. Наноразмерные частицы обладают несравнимо большей площадью поверхности по сравнению с привычным для нас «бруском» какого-либо материала, поэтому разложение красителя происходит быстрее и эффективнее. Именно переход в наномасштаб открывает уникальные свойства многих веществ, в том числе за счет дефектов структуры.
«Представьте себе собранный кубик Рубика с правильно расположенными цветами. А теперь представьте, что в нем не только перепутаны цвета, но и отсутствуют некоторые детали. Казалось бы, что может быть хуже, но, как ни парадоксально это звучит, именно эти «неидеальности» объясняют многие интересные свойства полупроводниковых наноматериалов, в том числе позволяя использовать нанолисты оксида цинка для решения экологических проблем», — сказал один из авторов исследования, лаборант-исследователь кафедры общей и неорганической химии СПбГУ Дмитрий Ткаченко.
Работа состояла из трех этапов: получение нанолистов оксида цинка и описание их свойств, рассмотрение процесса разложения красителя на молекулярном уровне и разработка модели для предсказания эффективности фотокатализатора. На данный момент до конца не ясно, как можно регулировать и определять количество дефектов (перепутанных и отсутствующих цветов в кубике Рубика) в нанообъектах. Однако, как отметила руководитель группы синтеза и исследования наночастиц и наноструктурированных материалов, доцент кафедры общей и неорганической химии СПбГУ Ольга Осмоловская, в ходе работы удалось не только найти способ регулирования количества таких дефектов в нанолистах, но и применить оригинальный подход для их определения. В результате химики СПбГУ смогли получить набор параметров, описывающих структуру и свойства нанолистов оксида цинка.
«Рассмотрение явлений и процессов в химии зачастую ассоциируется с проведением эксперимента в лабораторных условиях, что требует определенного уровня оснащенности и навыков. Мы же предлагаем использовать компьютерное моделирование, которое не только не требует наличия специального и дорогостоящего оборудования, но и обладает гораздо большими возможностями и гибкостью», — пояснил автор вычислительной части исследования, доцент кафедры физической химии СПбГУ Михаил Вознесенский.
В результате из всего набора параметров ученые смогли отобрать те, что оказывают наибольшее влияние на активность фотокатализатора. «В результате мы разработали уникальную модель для предсказания эффективности разложения красителей в присутствии нанолистов оксида цинка. С ее помощью любой ученый, не проводя эксперимент, сможет узнать, насколько будет эффективен фотокатализатор с теми или иными параметрами. Это, в свою очередь, открывает совершенно новые возможности в разработке наноматериалов с заданными свойствами», — пояснил автор хемометрической части исследования, профессор кафедры аналитической химии СПбГУ Дмитрий Кирсанов.
Междисциплинарное исследование, объединившее в себе методы неорганической, вычислительной, аналитической химии и материаловедения, проводилось на оборудовании Научного парка СПбГУ ресурсных центров «Рентгенодифракционные методы исследования», «Инновационные технологии композитных наноматериалов», «Междисциплинарный ресурсный центр по направлению “Нанотехнологии”», «Методы анализа состава вещества», «Вычислительный центр», «Оптические и лазерные методы исследования» и «Физические методы исследования поверхности».
Исследование сотен образцов древней ДНК показало, где и когда сформировалась общность ямной культуры, первых индоевропейцев, устроивших массовую экспансию на запад и восток и определивших облик современного человечества.
Физики из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН, работающие над фундаментальными проектами в области физики плазмы и управляемого ядерного синтеза, объявили о значительных продвижениях в изучении безнейтронной (без выделения нейтронов) реакции ядерного синтеза протон–бор. Исследование демонстрирует новый подход к синтезу, который может стать основой для создания экологически чистых источников энергии в будущем.
Пластические хирурги изучили, куда направляют взгляд мужчины и женщины, когда видят женские ягодицы. Результаты исследования планируют использовать в эстетической медицине, а также для понимания стандартов красоты в разных культурах.
В 2022-2025 годах страны Западной Европы попытались отказаться от природного газа из России. Автор новой работы показал, что получившиеся при этом результаты были во многом противоположны целям.
Физики из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН, работающие над фундаментальными проектами в области физики плазмы и управляемого ядерного синтеза, объявили о значительных продвижениях в изучении безнейтронной (без выделения нейтронов) реакции ядерного синтеза протон–бор. Исследование демонстрирует новый подход к синтезу, который может стать основой для создания экологически чистых источников энергии в будущем.
Исследование сотен образцов древней ДНК показало, где и когда сформировалась общность ямной культуры, первых индоевропейцев, устроивших массовую экспансию на запад и восток и определивших облик современного человечества.
В 2022-2025 годах страны Западной Европы попытались отказаться от природного газа из России. Автор новой работы показал, что получившиеся при этом результаты были во многом противоположны целям.
Многие предпочитают вступать в романтические отношения с людьми примерно своего возраста, но есть и пары с существенной возрастной разницей. Международная группа ученых недавно на крупной выборке людей проследила за изменениями возраста партнеров на старте отношений в разные годы жизни.
По распространению сейсмических волн в недрах Земли геологи словно «сканируют» планету и обнаруживают все больше интересных особенностей ее внутреннего строения. Недавно очередное такое исследование заставило ученых особенно внимательно рассмотреть то, что скрывается под Тихоокеанской литосферной плитой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
ПонятноИз-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
ПонятноНаши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
ПонятноМы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
ПонятноМы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Комментарии