• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
28.06.2023
СПбГУ
413

В СПбГУ научились предсказывать свойства наноматериалов

4.5

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.

В СПбГУ научились предсказывать свойства наноматериалов
В СПбГУ научились предсказывать свойства наноматериалов / ©Getty images / Автор: Messiena Lucretius

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». 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Один из старейших, крупнейших и ведущих классических университетов и один из важнейших центров науки, образования и культуры в России.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
5 часов назад
Татьяна

Врачи давно знают, что во время каникул и праздников растет число пациентов с нарушениями работы сердца. Причина — в неумеренном пьянстве. Две группы ученых показали, как спиртное вызывает мерцательную аритмию, а также предупредили о рисках для женщин, принимающих гормональную заместительную терапию.

11 часов назад
Редакция Naked Science

Новый анализ настроений жителей Великобритании старше 40 лет, показал, что горожане имеют более низкий уровень благополучия, удовлетворенности социальным и материальным положением по сравнению с жителями сельской местности. Но есть нюанс.

Позавчера, 16:02
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

17 июля
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

Позавчера, 16:02
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

19 июля
Юлия Трепалина

Так называемый думскроллинг, или болезненное погружение в новостные ленты с преобладанием негатива, не просто вгоняет в стресс. Международная группа специалистов в области психологии и поведенческих наук выяснила, что такая манера потребления новостного контента способна провоцировать более глубокую экзистенциальную тревогу, ощущение бесцельности жизни и даже ненависть к людям.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно