«Собрать в пучок» с помощью молекул-координаторов: ученые придумали, как заставить нанотрубки аккумулировать больше метана

30.06.2023 14:12:02«Собрать в пучок» с помощью молекул-координаторов: ученые придумали, как заставить нанотрубки аккумулировать больше метана

Ученые из подведомственного Минобрнауки России Институт физической химии и электрохимииим А.Н.Фрумкина (ИФХЭ) РАН придумали, как при помощи молекул-координаторов толуола упорядочить хаотически расположенные нанотрубки. Исследователи выяснили, что собранные в «пучок» нанотрубки аккумулируют большее количество газа метана, чем неупорядоченные. По словам специалистов, в будущем предложенный подход может найти применение в космической отрасли для доставки грузов.

С тех пор, как в 1990-е годы были открыты нанотрубки и установлены основные закономерности их свойств и структуры, многие научные группы работают над тем, чтобы использовать этот уникальный материал в различных технологических процессах. Использование отдельных нанотрубок в качестве аккумуляторов газа малоэффективно, потому что внутренний объем их микропор очень мал. Однако при упорядочивании нанотрубок в массивы-пучки, в которых те находятся друг от друга на определенном расстоянии, адсорбция большей частью происходит не внутри нанотрубок, а внутри пучков в пустотах между трубками.

Обычно для того, чтобы создать массив из нанотрубок, их выращивают на токопроводящей подложке. В ИФХЭ РАН с помощью молекул толуола удалось скоординировать изначально хаотично расположенные нанотрубки так, чтобы адсорбционная способность материала увеличилась. Молекулярное моделирование показало, что при добавлении молекул толуола в систему, содержащую одностенные нехиральные углеродные нанотрубки, эти молекулы адсорбируются на поверхности нанотрубок. При этом сами трубки «пересобираются» и формируют пучки, преимущественно в триангулярной упаковке.

«При упорядочивании массива нанотрубок создается дополнительная пористость, потому что адсорбируемая молекула может занимать место не только внутри нанотрубки, но и в пространстве между ними», - объяснила Виктория Гайдамавичюте, соавтор работы, инженер-исследователь ИФХЭ РАН. При анализе адсорбции метана на полученной супрамолекулярной структуре выяснилось, что молекула толуола служит дополнительным центром адсорбции и повышает адсорбцию метана. Удаление из системы части молекул толуола, т.е. моделирование процесса десорбции, показало, что структура сохраняется даже при небольшом содержании координирующих молекул.

«Наши результаты по упорядочиванию хаотически расположенных нанотрубок с помощью молекул-координаторов – это первый шаг к созданию универсального адсорбента, микропористую структуру которого можно изменять непосредственно в адсорбере», – прокомментировал исследование Андрей Школин, заместитель заведующего лабораторией сорбционных процессов ИФХЭ РАН, кандидат химических наук. - В настоящий момент мы показали, что самоорганизация нанотрубок, кратно увеличивающая адсорбцию метана, возможна. Мы определили условия, необходимые как для самоорганизации нанотрубок в массив, так и для разрушения упорядоченной структуры – то есть для ее возврата в первоначальное состояние, из которого она может быть скоординирована в массив с другими параметрами пористой структуры для решения другой промышленной задачи».

По словам специалистов, в будущем предложенный подход может найти применение, например, в космической отрасли, где адсорбционные комплексы невелики по размеру. Возможность циклической перенастройки пористой структуры адсорбента позволит решать разные задачи с одним и тем же исходным материалом, не поднимая на орбиту ничего лишнего. Учитывая высокую стоимость доставки груза в космос, получится значительный экономический эффект даже при работе с таким дорогим сырьем, как углеродные нанотрубки.

Результаты исследования, поддержанного Минобрнауки России, опубликованыв одном из ведущих международных журналов.

нанотрубки.png

Моделирование десорбции (последовательного удаления) молекул толуола из системы из трех углеродных нанотрубок


Источник: https://minobrnauki.gov.ru/press-center/news/nauka/69881/

Отправить комментарий, отзыв

Для цитирования используйте символ   >   в начале строки.

Пример, как цитировать:

>  Образование никому не нужно.
Нет. Хорошее образование всегда в цене!

Имя:
Комментарий:

Максимальный размер загружаемого файла = 20M





Последние новости города Москва

Москва

Москва - столица России и самый крупный мегаполис страны. Москва является историческим, политическим и духовным сердцем России. Москва является крупнейшей столицей Европы. Здесь очень много достопримечательностей, памятников истории и культуры, а также музеев мирового уровня.

Авторизация

Статистика

Яндекс.Метрика