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

Мембраны правят миром

Ключевые слова:  графен

Автор(ы): Гудилин Е.А., Коллектив авторов

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

21 ноября 2019

Группа ученых МГУ, авторов проекта РФФИ "Слоистые структуры на основе оксида графена и 2D-карбидов титана: экспериментальное исследование, моделирование и синтез гибридных органо-неорганических структур для оптоэлектроники и сенсорики" провела фундаментальные исследования структуры и свойств мембран на основе слоистых материалов для широкого круга практических применений.

В химической термодинамике есть забавное существо - демон Максвелла, который не существует на самом деле, но в воображении ученых имеет неподражаемый талант по одной сортировать молекулы с разным размером или свойствами. И делает это настолько эффективно, что может очень быстро разделять самые разные, даже газообразные, молекулярные смеси. Если бы он и правда мог бы это делать самопроизвольно и без затрат ресурсов извне (а как раз это и невозможно, как говорят привередливые теоретики), то армия таких микроскопических ("наноскопических") воображаемых "демонов" могла бы решить оргомный пласт жизненно важных проблем всего огромного Человечества - и сделать воду кристально чистой, и плазму крови освободить от вирусов и бактерий, и добыть из газа "легкую нефть", и убрать токсичные газы из жилых помещений, да мало ли чего! Увы, таких толп помощников в реальности нам не найти, но вместо них просто взяли и придумали мембраны. И вот они, мембраны - умные материалы, которые делают нашу жизнь лучше и проще, более того, они просто делают нас живыми, если принять в расчет клеточные мембраны. И это целая область научных знаний, которая бурно и эффективно развивается.

Коллектив ученых химического факультета и факультета наук о материалах МГУ проводят комплексное экспериментальное исследование макроскопических свойств (сорбция, набухание, фазовые переходы) для перспективного класса наноструктурированных материалов – слоистых структур на основе различных типов оксида графена (ОГ), органических молекул – интеркалатов и слоистых карбидов титана (М-ксенов). В качестве основного направления научных изыскания выбран анализ физико-химических параметров синтезируемых гибридных систем в зависимости от слойности, степени упорядоченности слоевой структуры, типа и характера поверхностных функциональных групп, температуры, природы сорбируемой полярной жидкости или электролита. Для оценки упорядоченности слоев ОГ в мембранах и стандартизации качества подобных мембраных материалов используются известные методики ЯМР (ядерного магнитного резонанса) и ЭПР (электронного парамагнитного резонанса) с парамагнитными зондами, включая стабильные радикалы, но в новой ипостасии - для анализа структурных особенностей жидких фаз, распределенных в наноскопических полостях мембраны. По мнению ученых, этот подход позволяет построить реалистичные модели таких структур, которые будут использована для объяснения наблюдаемых сорбционных и транспортных свойств мембран.

В ходе разработки новых приемов получения прекурсоров для самосборки гибридных слоистых структур - стабильных монослоевых дисперсий оксида графена с заданным составом функциональных поверхностных групп - использовали широко применяемые модифицированные методы Хаммерса и Броди, основанные на окислении и химическом расслаивании высококачественного графита в среде сильных неорганических кислот, концентрированных серной и ортофосфорной кислот с KMnO4 в случае метода Хаммерса и дымящей азотной кислоты с KClO3 в случае методики Броди, с последующей многостадийной очисткой от остатков реагентов и продуктов реакции. В то же время, была также предложена альтернативная и высоко эффективная методика электрохимического синтеза ОГ.

Методы анализа структуры мембранных материалов, в качестве которых была использована комбинация ЯМР И ЭПР, подтверждают наличие в образцах подвижного растворителя, при этом форма линий в спектрах интеркалированной жидкости шире, поскольку включает два компонента, различающихся химическим сдвигом. Наблюдаемая разница химических сдвигов объясняется различным упорядочением молекул растворителя, локализованных в областях оксида графита с различной поверхностной концентрацией кислородсодержащих групп. Ориентационная упорядоченность слоев в мембранах из оксида графита подтверждена с использованием стабильного нитроксильного радикала. Таким образом, растворитель в межплоскостном пространстве оксида графита представляет собой подвижную среду, свойства которой совсем не идентичны свойствам свободного растворителя.

... Возможно, демон Максвелла мог бы пролезть между слоями и сказать больше, но все секреты этих весьма непростых материалов, начало которым положил в свое время простой грифель карандаша, рано или поздно будут взяты на карандаш и окончательно покорятся человеческому уму, после чего инженерные таланты воплотят удивительные свойства мембранных материалов на благо экологии, медицины и других важнейших областей человеческой деятельности.



Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 



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

 

Многофункциональные магнитные жидкости
Многофункциональные магнитные жидкости

Учёные МГУ предложили новый способ создания перовскитных солнечных элементов
Ученые факультета наук о материалах МГУ предложили новый способ создания перовскитных солнечных элементов. Результаты были опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces в статье "From metallic lead films to perovskite solar cells through lead conversion with polyhalides solutions".

Опубликован механизм знаменитой реакции Зелинского. Получение бензола из ацетилена с помощью автокаталитического каскада на углеродных наночастицах
Российские исследователи показали, что карбеновые центры на зигзагообразных краях графеновых структур могут представлять собой альтернативную платформу для создания эффективных каталитических систем. В частности впервые был представлен механизм реакции Зелинского: тримеризации ацетилена с образованием такого важного продукта как бензол.

Подводятся итоги творческого конкурса «ЮниКвант»
На конкурс «ЮниКвант» для участия в профильной смене по био- и нанотехнологиям в ВДЦ «Океан» поступило более 100 заявок.

2019-nCoV: очередной коронованный убийца?
Анна Петренко
В статье рассказывается о коронавирусе 2019-nCoV — что мы знаем сегодня. А ведущие международные научные издательства предоставляют бесплатный доступ к новым статьям, посвященных изучению коронавируса

Дышать свободно: как воздухоочистители борются с вирусами
Ростех
В перечне помощников в борьбе с вирусом COVID-2019 – также воздухоочистители. Речь идет о системах очистки воздуха, которые работают на основе фотокатализа. Их фильтры способны справиться с 99% бактерий и вирусов, в том числе могут стать действенным способом борьбы со злополучным COVID-2019.

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2020 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

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!



 
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.