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».
Telegram 
Дзен 
VK Ученые РТУ МИРЭА и Сибирского федерального университета создали программный комплекс, который анализирует учебные планы вузов быстрее секунды и находит в них слабые места. Большинство учебных планов содержат скрытые противоречия, дублирования и неочевидные перекосы в подготовке специалистов. Это важно, потому что от качества учебного плана напрямую зависит, какие реальные навыки получат студенты и насколько они будут востребованы работодателями.
Пяти постов на одну тему достаточно, чтобы сформировать мнение. Новое исследование показало, что убеждения в соцсетях фиксируются быстрее, чем включается критическое мышление.
Наскальное искусство палеолита — большая редкость для Британии, а рисунки в пещере Бейкон-Хоул, открытые в 1912 году, почти 100 лет считались природным явлением. Международная группа исследователей не только повторно обнаружила эту панель, но и с помощью химического анализа пигмента доказала ее антропогенное происхождение и возраст около 17 тысяч лет, вернув находке статус одного из древнейших памятников символической деятельности человека на Британских островах.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Около четырех миллиардов лет назад Солнечная система пребывала в хаосе: гигантские планеты сближались, меняли орбиты и выбрасывали своих соседей в межзвездное пространство. Хотя шансы на «выживание» лун Юпитера и Урана в этот период были крайне малы, астрономы показали, что их судьба может хранить следы древней катастрофы с участием «потерянной» планеты.
Изучив данные о скорости изменения температур ледяных спутников пятой и шестой планеты системы, астрономы обнаружили, что она слишком высока для по-настоящему ледяной поверхности. Оказалось, что эти тела покрыты материалом, по своим свойствам резко отличающимся от земного льда.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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