Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Игра на неорганической гармошке – введение в слоистую структуру ксерогеля катионов различного радиуса

Ключевые слова:  конкурс тем, ксерогель, нанотехнологии, учителю, химия

Автор(ы):  Балахонов Сергей Васильевич

15 января 2012

Основной предмет (школа): химия

Область знания (ВУЗ): неорганическая химия, кристаллохимия, аналитическая химия

Актуальность: В настоящее время существует не так уж много примеров настоящих функциональных материалов, метод получения которых сводится к простой химической реакции в лабораторном стаканчике. Ксерогель на основе оксида ванадия (V) – безусловно, один из таких материалов. Несмотря простоту его получения, данный материал характеризуется очень интересной слоистой кристаллической структурой. Дело в том, что используя темплат (т.е. ион или молекулу, внедряемую кристаллическую структуру) различного радиуса, можно легко регулировать межслоевое пространство структуры, в результате чего ксерогель будет «растягиваться» или «сжиматься» по принципу гармошки. С другой стороны, благодаря такой «гибкости» структуры, ксерогель может интеркалировать (т.е. «засасывать») разнообразные ионы и молекулы-гости. Актуальность данного слоистого материала заключатся в том, что он может найти применение в таких областях, как электрохимия (катод в литий-ионных аккумуляторах), катализ (матрица катализатора) и многих других.

Схематичное изображение кристаллической структуры ксерогеля на основе оксида ванадия (V). Красным цветом обозначены структурные слои, состоящие из октаэров (или тетрагональных пирамид в другом представлении), между слоями могут находиться катионы или молекулы-гости (отмечены зеленым). В зависимости от радиуса катионов, расстояние между слоями будет меняться.

Принцип «игры» на ксерогеле. В зависимости от радиуса вводимого катиона-гостя, слоистая структура ксерогеля может «растягиваться» или сжиматься.

Новизна: варьирование кристаллической структуры слоистого материала путем простых химических реакций

Цель: разработка простых методик получения гибридных наноматериалов со слоистой структурой, содержащей ионы и молекулы различного радиуса

Задачи:

1. Анализ литературы по теме гибридных и высокопористых материалов, повторение (изучение) химии ванадия.

2. Литературный поиск возможных методов получения наноматериалов со слоистой структурой (в частности, ксерогеля и эмбигеля на основе оксида ванадия (V)).

3. Получение ксерогеля из кристаллического V2O5 и раствора H2O2 в лабораторных условиях.

4. Сушка полученного геля при различных условиях.

5. Введение катионов и молекул различного радиуса в структуру ксерогеля.

6. Исследование полученных образцов и прекурсоров различными физико-химическими методами. Доказательство протекания реакций интеркаляции.

7. Обобщение результатов.

В данном проекте от школьника будет требоваться:

a) Провести обзор литературы.

b) Провести простые химические реакции в школьной лаборатории.

c) Получить результаты анализа полученных образцов от тьютора и научиться их объяснять.

Экспериментальные подходы: методы золь-гель химии, pH-метрия, физико-химические методы анализа

Методические подходы: ознакомление с кристаллохимией и аналитической химией, гибридными материалами, реакциями ионного обмена

Требующиеся нестандартные реактивы и ресурсы: понадобятся физико-химические методы анализа (необходимо прибегнуть к помощи тьютора). В остальном же, для проведения химических реакций, необходимы простые реактивы, доступные в любой школьной химической лаборатории

Освоение школьником теоретического материала: основы кристаллохимии и аналитической химии, ознакомление с гибридными (нано)материалами, освоение физико-химических методов анализа

Навыки, получаемые школьником: химия растворов, основы кристаллохимии и аналитической химии, использование методов анализа материалов

Предшествующий материал по школьной программе: общая и неорганическая химия, химия элементов, аналитическая химия

Роль учителя: общее руководство проектом

Возможная помощь тьюторов: обеспечение реактивами (при необходимости), помощь в характеризации полученных образцов (рентгенофазовый анализ, электронная микроскопия, BET)

Техника безопасности: уделить особое внимание безопасности при проведении реакции между пентаоксидом ванадия и перекисью водорода – реакция экзотермичная, протекает очень бурно! Общие меры безопасности при работе с химическими реагентами.

Примечания: в качестве дополнительного этапа работы можно исследовать влияние способа сушки геля на физико-химические свойства (морфологию, площадь поверхности) продукта – можно получить как ксерогели, так и эмбигели. Также можно провести эксперименты по введению катионов-гостей как в межслоевое пространство ксерогеля, так и непосредственно в структурные слои (зависит от момента введения катиона-гостя в реакционную среду).

Первичные литературные ссылки для начала поиска:

  1. Золь-гель химия (http://www.nanometer.ru/2010/10/17/zol_gel_219461.html)
  2. Что такое ксерогель (http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article2155)
  3. Пример того, где на практике используется реакция интеркаляции (http://www.nanometer.ru/2008/09/07/olivin_53817.html)

 

 
Средний балл: 10.0 (голосов 1)

 



Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Пёстрая лента
Пёстрая лента

4 февраля объявили лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке»
4 февраля в здании Минобрнауки РФ состоялась торжественное награждение лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке». 11 научно-просветительских проектов были отмечены престижной наградой.

Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии
5 февраля в Московском университете в Шуваловском корпусе МГУ состоится Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии, посвященный Международному году Периодической таблицы химических элементов, начало - 10 часов.

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.