- Информация о материале
"Для борьбы с вирусами и бактериями новосибирские ученые создали необычную ткань, она способна за считанные минуты убивать опасные организмы" – о своих разработках рассказали учёные Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН.
ГТРК Вести Новосибирск, 14.12.2023
В сезон вирусов материал особо актуален. Маски и перчатки из него снижают вероятность заболеть. Ученые наделили привычный материал суперсилой. Хлопок пропитали раствором соединения молибдена, йода и еще нескольких органических веществ. Полный состав ученые держат в секрете.
«Мы загружаем вещества в ампулу, запаиваем, и в нем образуется кластерный комплекс. Соединения показали себя как отличный фотоактивный компонент», ─ пояснила младший научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН Екатерина Пронина.
Ткань, способную защитить от бактерий и вирусов, протестировали. В считанные минуты она расправилась со стафилококком, кишечной палочкой, сальмонеллами, не оставила шансов вирусам гриппа и коронавируса. Для человека хлопковая защита с пропиткой абсолютно безопасна. Важная деталь: убивать вирусы и бактерии состав начинает под воздействием света солнца или лампы.
«Синглетный кислород способен взаимодействовать практически со всеми молекулами и, если попадает на ткань с бактериями, вирусами или грибками, он окисляет поверхность и убивает их», ─ рассказывает заведующий лабораторией Института неорганической химии СО РАН Михаил Шестопалов.
Шить из суперткани можно все, что угодно: брюки, футболки, халаты, маски, перчатки. Особого ухода она не требует, свои уникальные свойства не теряет даже при многократной стирке. Главное, чтобы температура была не выше 30 градусов. Сохранит ли противовирусный хлопок суперсилу после покраски, выясняют, а вот цена уже известна: если и дороже обычного, то ненамного.
- Информация о материале
Исследователи из Института неорганической химии им. А. В. Николаева создали хлопчатобумажные ткани для защиты поверхностей от патогенных микроорганизмов. Они могут самостоятельно стерилизоваться. Статья об этом опубликована в Journal of Environmental Chemical Engineering.
Наука в Сибири, 07.12.2023
«Мы взяли ткань и химически модифицировали ее фотоактивным компонентом. В его состав входили кластерные комплексы: несколько атомов молибдена, окруженные лигандами. Правильно подобранный лиганд настолько прочно связывается с тканью, что даже если постирать ее в стиральной машине, активный компонент не вымывается, стерилизующие свойства сохраняются», — рассказал главный научный сотрудник ИНХ СО РАН, заведующий лабораторией биоактивных неорганических соединений доктор химических наук Михаил Александрович Шестопалов.
Соединения, которые под действием светового облучения генерируют активные формы кислорода, называются фотосенсибилизаторы. Обычно у них довольно узкий рабочий диапазон длины волны. Свет должен быть какой-то конкретный, например только красный. У исследователей получилось охватить очень широкий диапазон света: от ультрафиолетового до зеленого, начала красного.
«Кластерный комплекс, который мы использовали, имеет несколько преимуществ. У него очень широкий спектр поглощения, в отличие от классических, например органических, фотосенсибилизаторов. Кроме того, это молибден, неорганика, он очень устойчив к фотовыгоранию. Органический фотосенсибилизатор под действием солнца часто выгорает», — отметил Михаил Шестопалов.
Соединения молибдена относятся к классу фотосенсибилизаторов, потому что они не только светятся, но и вступают в реакцию с кислородом, переводя его в активную форму. Такой кислород называют синглетным. Когда он встречается с бактериями, грибками или вирусами, то окисляет оболочку микроорганизмов, и в итоге они погибают. Так и проявляется самостерилизация.
«Сначала мы загрузили все исходные вещества в кварцевую ампулу, создали в ней вакуум и запаяли. После поставили ее в печь с температурой 700—800 ℃, получился кластерный комплекс, который мы модифицировали. По сути, это раствор. Мы опустили туда хлопок, он окрасился полученным компонентом и приобрел особые свойства», — прокомментировала младший научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Екатерина Валерьевна Пронина.
Разработкой новых самостерилизующихся материалов ученые занимаются с 2019 года, когда началась пандемия коронавируса. Использовать их можно для пошива медицинских халатов, масок, марлевых повязок. Они защищают человека от одного из самых частых путей распространения инфекции — контактного. Когда мы задеваем какую-либо зараженную поверхность, возбудитель переносится на слизистые оболочки (глаза, рот, нос и другие). Это небезопасно, так как некоторые патогенные микроорганизмы могут до нескольких месяцев находиться на различных поверхностях, сохраняя вирулентность. Известно, что вирус герпеса выживает на тканях не менее 3 часов, вирусы гриппа А и В остаются активными в течение 8—12 часов, а коронавирусы человека вирулентны до 9 дней.
«Этот проект был выполнен совместно с коллегами из Чехии, они исследовали генерацию синглетного кислорода. Им удалось подтвердить, что наш материал фотостабилен. Исследователи проводили несколько циклов: облучали ткань и смотрели интенсивность люминесценции. Оказалось, что даже при достаточно мощном облучении уровень люминесценции не падает. После наши коллеги-биологи проверили противовирусные и антибактериальные свойства. Они взяли биологический планшет, добавили туда вирус и накрыли лунки нашей модифицированной тканью, после чего облучили ее светом. В итоге значительное количество вирусов погибло. Так мы подтвердили эффективность нашей ткани», — сказала Екатерина Пронина.
Дальше ученые планируют работать над гидрофобностью материалов, чтобы они были водонепроницаемыми. Это поспособствует тому, что бактерии не смогут даже остаться на ткани, у них не будет возможности к ней присоединиться. Так самостерилизация станет еще эффективнее.
Полина Щербакова
Иллюстрация предоставлена исследователями
Материал на сайте РАН, 08.12.2023
- Информация о материале
Сотрудники Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН разрабатывают научные основы формирования антиотражающих пленок с применением фторида магния. Исследователи планируют улучшить оптические характеристики покрытий для солнечных батарей и увеличить коэффициент поглощения световых волн, чтобы более 93% поступающего света преобразовывалось в энергию.
Наука в Сибири, 16.11.2023, № 46, стр. 3
Эффективность солнечных батарей зависит от количества пропускаемого света, что в большой степени определяется свойствами просветляющего покрытия панели — без этого солнечная энергия не используется в полной мере. Антиотражающая пленка, наносимая на верхний слой стекла, должна обеспечивать деструктивную интерференцию световых волн: сделать так, чтобы пик одной волны совпадал с провалом другой. Это практически исключает отражение и способствует пропусканию света на фотопреобразователь. Чтобы добиться высоких показателей поглощения солнечной энергии, ученым нужно настроить оптимальную толщину покрытия и показатель преломления. В качестве основы для верхнего слоя исследователи взяли фторид магния — MgF2 .
«Среди неорганических материалов именно фторид магния обладает самым низким показателем преломления, поэтому подходит для наших целей. Он химически стабилен, устойчив к радиации, механически прочен, поэтому его можно использовать для покрытия антиотражающих слоев фотоэлектрических и солнечных тепловых панелей, в том числе работающих в космосе. Если мы будем применять фторид магния в многослойных сборках, то получится добиться минимального отражения и практически весь свет будет доходить до преобразователя»,— поясняет заведующая лабораторией металлоорганических соединений для осаждения диэлектрических материалов ИНХ СО РАН кандидат химических наук Евгения Сергеевна Викулова.
Двумя основными способами получения слоев MgF2 считаются методы растворной химии и физического газофазного осаждения, но они имеют ряд недостатков. В первом случае используются агрессивные и вредные для человека реагенты (например, фтороводород), а также сложно контролировать толщину покрытия, что критически важно для оптических применений. Во втором варианте применяется дорогостоящее высоковакуумное оборудование. Сибирские химики предлагают альтернативный вариант получения пленок на основе фторида магния: химическое осаждение из газообразной фазы, или MOCVD (Metal-organic chemicalvapour deposition). Суть этого метода заключается в том, что летучее соединение металла, переведенное в специальных термических условиях в газовую фазу,транспортируется на подложку, например на стекло. На поверхности объекта пары разлагаются и формируют материал покрытия. Такой способ является высокоточным и позволяет контролировать состав, микроструктуру, толщину покрытия, а также равномерно распределять вещество наповерхностях сложной формы.
«Несмотря на все преимущества, сейчас процессы MOCVD фторида магния малоизучены. Наиболее часто в них используют не содержащий фтор летучий комплек смагния, а дополняют его фторирующим сореагентом, и это опять же фтороводород. Наша идея заключается в том, чтобы использовать прекурсор — летучее соединение магния, участвующее в реакции, которое уже изначально содержит атомы фтора. Это сделает процесс осаждения MgF2 более удобным. Практический выход нашей работы состоит в получении пленок на основе фторида магния и исследованииих оптических свойств — коэффициента пропускания света. Сейчас показатель пропускания света составляет 93%, но мы планируем увеличить его до уровня 95—98 %»,— рассказывает Евгения Викулова.
Первостепенной целью проекта сотрудники ИНХ СО РАН называют правильный подход в изучении фторированных комплексов магния с различным набором лигандов — составных частей соединений, их строения и термических свойств, чтобы понять, какие факторы обусловливают важные для MOCVD характеристики: летучесть и стабильность.
«Фторированные летучие соединения для магния практически не изучены. Мы предложили использовать молекулярные комплексы с двумя разными типами лигандов. Используя эти “рычаги управления”, то есть варьируя строение лигандов обоих типов и их комбинации, можно управлять термическими свойствами комплексов, а возможно, и характеристиками покрытия. В данной работе с помощью теоретических и экспериментальных подходов мы определили влияние наиболее принципиальных модификаций лигандов на свойства соединений. Такие взаимосвязи нужны, чтобы можно было получать прекурсоры с заданными характеристиками, наиболее эффективно работающие для осаждения конкретного материала», — поясняет старший лаборант лаборатории химии летучих координационных и металлорганических соединений ИНХ СО РАН студент 4-го курса факультета естественных наук Новосибирского государственного университета Георгий Евсеев.
По словам сибирских исследователей, эта работа позволит создать альтернативный существующим подход в получении фторированных соединений без использования агрессивных реагентов и дорогостоящего оборудования. Помимо использования в антиотражающих покрытиях солнечных батарей, фторид магния может применяться в качестве защитного покрытия литиевых аккумуляторов или медицинских имплантатов. Разработки сотрудников ИНХ СО РАН в дальнейшем послужат научной базой для применения MgF2 в этих областях.
Исследования выполняются при поддержке Российского научного фонда (проект№ 21-73-00252).
Кирилл Сергеевич
Изображение предоставлено исследовательницей
- Информация о материале
Ученые из Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН, Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН, Новосибирского государственного университета и Омского государственного технического университета разработали катализатор на основе наночастиц из сплава платины и никеля, которые встроены в углеродные нановолокна.
Новости РАН, 31.10.2023
InScience, 30.10.2023
Российские ученые разработали катализатор на основе углеродных нановолокон и наночастиц из платиноникелевого сплава. Этот материал стабильнее и дешевле обычных платиновых катализаторов, которые применяются в топливных элементах, позволяющих получать электроэнергию. Исследование опубликовано в журнале Catalysts.
Топливные элементы — это устройства, которые позволяют вырабатывать электрическую энергию химическим путем из топлива. В качестве сырья в таких устройствах часто используются углеводороды, а также метанол, этанол, муравьиная кислота. Однако сегодня ученые ищут способы применения более экологичных возобновляемых видов топлива, например водорода. Для работы топливных элементов требуются мембраны и электроды, с помощью которых осуществляются электрохимические реакции, а также катализатор. В качестве последнего чаще всего применяется платина, главный недостаток которой — высокая стоимость. Чтобы снизить цену топливных элементов, ученые пытаются найти другие варианты катализаторов, в состав которых, помимо платины, входят другие металлы — кобальт, никель, железо, рутений, хром и другие. Их сплавы с платиной могут быть не только дешевле, но и эффективнее. Например, такие катализаторы могут быть активнее, и стабильнее в агрессивных средах, что важно для их применения в топливных элементах.
Ученые из Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН, Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН, Новосибирского государственного университета и Омского государственного технического университета разработали катализатор на основе наночастиц из сплава платины и никеля, которые встроены в углеродные нановолокна. Сначала химики получили сплавы платины и никеля с различным соотношением путем термического разложения специально приготовленных предшественников из солей металлов. Затем ученые поместили сплав в реактор и провели реакцию каталитического разложения этилена при температуре 600°C. В ходе этого процесса происходит отложение углерода, что приводило к фрагментации исходного сплава с образованием активных каталитических частиц. Образующиеся активные частицы в дальнейшем играли роль центров роста углеродных нитей (нановолокон). При этом, как отметили ученые, при использовании в качестве катализатора чистой платины подобных процессов не происходило, она была неактивна. Полученный композитный материал из углеродных нановолокон и наночастиц сплава платины и никеля ученые охарактеризовали с помощью рентгеновской дифракции и электронной микроскопии, а затем проверили его активность как катализатора в электрохимической реакции получения водорода.
В ходе экспериментов ученые выяснили, что эффективность полученного катализатора повышается при увеличении доли никеля в сплаве. Так, больше всего углеродных нановолокон вырабатывалось при использовании чистого никеля или сплава, состоящего на 10% из платины и на 90% — из никеля. В таком случае выход нановолокон повышался в 10-30 раз по сравнению с исключительно платиновым катализатором, составляя 30 грамм нановолокон на каждый грамм катализатора. В электрохимической реакции получения водорода лучшие результаты также показали композитные материалы, в которые входили наночастицы из сплавов с 10% и 20% платины. При этом они оказались в два раза эффективнее коммерческого катализатора на основе платины на пористом углеродном носителе. «Особенность этих катализаторов заключается в том, что их можно получать в реакции каталитического разложения углеводородов. Эту реакцию можно использовать для утилизации углеводородов или их хлорпроизводных с получением полезных продуктов, таких как водород и углеродные волокна, содержащие в своем массиве каталитически активные частицы сплава», — отмечает один из авторов статьи, кандидат химических наук Антон Попов.
Таким образом, ученые разработали способ получения композитного материала из углеродных нановолокон и наночастиц из платино-никелевого сплава, который может эффективно использоваться в катализе и электрокатализе. Применение именно этого материала позволяет сократить количество используемой платины на 80-90%, что значительно удешевляет его по сравнению с традиционными платиновыми катализаторами.
Работа проведена при поддержке Российского Научного Фонда (проект № 21-13-00414). Каталитические исследования проведены при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации [проект № AAAA-A21-121011390054-1].
Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».
© ИНХ СО РАН 1998 – 2025 г.