- 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».
- Информация о материале
Среди обладателей наград ─ химики, геологи, физики, математики ─ сотрудники институтов Сибирского отделения Российской академии наук. Губернатор Андрей Травников отметил их весомый вклад в решение важных научных задач и вручил сертификаты победителям конкурсов на предоставление именных премий, именных стипендий, грантов Правительства Новосибирской области.
Вести Новосибирск (27.09.2023)
Аспирант 4 года обучения Ворфоломеева Анна (рук. – д.х.н. Л.Г. Булушева, д.ф.-м.н. А.В. Окотруб) на вручении награды.
Молодые ученые Института – победители конкурсов Правительства Новосибирской области.
«Статус Новосибирска как научной столицы страны обязывает, поэтому мы с каждым годом стараемся делать больше, дополнять инструменты научной деятельности в интересах экономики региона и страны. В дополнение к федеральной программе запущен новый региональный инструмент ─ создание молодежных лабораторий при поддержке областного бюджета», ─ сообщил губернатор Новосибирской области Андрей Травников.
Молодые исследователи принимают участие в знаковых проектах, которые реализуют в Новосибирской области. Сибирский биотехнологический научно-образовательный центр, Сибирский кольцевой источник фотонов, «Академгородок 2.0»: губернатор отметил их прорывные разработки. Инновационные продукты необходимы не только экономике Новосибирской области, но и всей стране.
На награждении губернатор призвал молодых ученых активнее включаться в работу. В правительстве области готов список задач, которые необходимо решить сибирским ученым в интересах региона. Такой подход устраивает исследователей.
Сайт Правительства Новосибирской области (27.09.2023) Губернатор Новосибирской области поздравил перспективных молодых учёных с победой в конкурсах на получение грантов, именных стипендий и премий
Губернатор Андрей Травников отметил их весомый вклад в решение важных научных задач и вручил сертификаты победителям конкурсов на предоставление именных премий, именных стипендий, грантов Правительства Новосибирской области. В этом году на три конкурса подано 128 заявок, 69 исследователей признаны победителями.
Важно, что результаты этих научных изысканий могут быть воплощены в инновационных продуктах. И региональные власти в своей работе уделяют особое внимание поддержке молодых талантливых исследователей. С каждым годом расширяется и дополняется набор инструментов поддержки научной деятельности в интересах экономики Новосибирской области и всей страны, уточнил Андрей Травников. Так, больше молодых учёных теперь могут получить именные стипендии и гранты. Например, количество грантов, предоставляемых ежегодно, увеличилось с 12 до 30, именных стипендий – с 10 до 20. Действуют и другие инструменты поддержки.
«Статус Новосибирской области как лидера научно-технологического развития, а Новосибирска как научной столицы страны обязывает. Запущен новый региональный инструмент — в дополнение к федеральной программе создания молодёжных лабораторий. При поддержке областного бюджета в этом году создаются ещё три молодёжные лаборатории.
В рамках деятельности СибБиоНоц проекты, одобренные наблюдательным советом, получают в преимущественном порядке поддержку по линии других наших министерств, например, минсельхоза Новосибирской области.
С каждым годом мы создаем всё больше новых дополнительных возможностей для того, чтобы поддержать научные исследования. В этом году, кстати, утверждён список актуальных исследовательских тем и задач. Надеюсь, что молодые учёные будут обращать особое внимание при планировании своей работы на те задачи, решения которых ждут наши коллеги в различных отраслевых министерствах», — подчеркнул Губернатор.
Добавим, что участие в конкурсах на получение именных стипендий и грантов позволяет вовлекать молодых исследователей, ведущих научных и образовательных организаций региона в решение важнейших научных задач, а победители получают дополнительные возможности для реализации своих проектов, повышения уровня образования.
С высокими достижениями молодых учёных также поздравили вице-президент РАН, председателя СО РАН, академик Российской академии наук Валентин Пармон и председатель Совета ректоров вузов СФО, председатель Совета ректоров вузов Новосибирской области Николай Пустовой.
Для справки.
Именные премии присуждаются Правительством Новосибирской области за значительный вклад в развитие естественных, технических и гуманитарных наук, обеспечивающих инновационное развитие экономики и социальной сферы региона; в разработку и промышленное освоение образцов новой техники и прогрессивных технологий.
Ежегодно по результатам конкурса присуждается до 19 именных премии в номинациях «лучший молодой исследователь», «лучший молодой изобретатель», «лучший научный руководитель».
Аспирантам и докторантам очной формы обучения для проведения перспективных научных исследований и разработок ежегодно выделяется не более 20 именных стипендий.
Гранты предоставляются научным работникам, научно-педагогическим работникам, имеющим ученую степень кандидата либо доктора наук в целях финансового обеспечения затрат, связанных с выполнением научных (научно-исследовательских) и (или) научно-технических работ, отличающихся значительной научной новизной. Ежегодно предоставляется не более 30 грантов.
Новость на сайте СО РАН (28.09.2023) Губернатор Новосибирской области поздравил перспективных молодых учёных с победой в конкурсах на получение грантов, именных стипендий и премий
- Информация о материале
Сотрудники Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН синтезировали противоопухолевые соединения на основе комплексов меди(II) с 1H-тетразолил-5-уксусной кислотой и дополнительными лигандами. В экспериментах in vitro показана их активность против раковых клеточных линий. Результаты работы опубликованы в New Journal of Chemistry.
Материал о новых соединениях представлен на страницах газеты Наука в Сибири (№ 32, 10.08.2023)
Исследование проводили ученые Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН совместно с коллегами из Северо-Кавказского зонального научно-исследовательского ветеринарного института (Новочеркасск) и Федерального исследовательского центра фундаментальной и трансляционной медицины.
«Комплексные соединения, которым посвящена эта публикация, по своей структуре являются аналогами соединений серии Casiopeinas®. Это разнолигандные комплексы меди, способные проявлять биологическую активность, — рассказывает старший научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Елизавета Викторовна Лидер. — В серии Casiopeinas® в качестве лигандов выступают анионы аминокислот либо ацетилацетоната, а также производные 2,2'-бипиридина и 1,10 фенантролина. Последние также входят и в наши соединения, но в качестве второго лиганда мы используем производные тетразола. В этом исследовании мы работали с 1Н-тетразолил-5-уксусной кислотой».
*Лиганды — это органические или неорганические молекулы, которые координируются к центральному иону металла.
Тетразол-уксусная кислота (1H-тетразолил-5-уксусная кислота) была выбрана для того, чтобы повысить растворимость комплексных соединений и сделать их более подходящими для биомедицинских применений.
Полученные комплексы ученые охарактеризовали c помощью ИК-спектроскопии, рентгенофазового, элементного и термогравиметрического анализов, а также с использованием комбинации различных методов изучили, как соединения ведут себя в растворе. «В этой публикации нам удалось показать, что в растворе происходит перераспределение лигандов. Одна форма получается разнолигандная, она содержит производные 2,2'-бипиридина и 1,10-фенантролина, 1Н-тетразолил-5-уксусную кислоту, но в другом соотношении по сравнению с исходным соединением. Вторая включает в себя только комплекс меди с 1Н-тетразолил-5-уксусной кислотой. Кроме того, мы продемонстрировали, что, несмотря на перераспределение лигандов, эти формы остаются стабильными в течение длительного времени», — говорит научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Юлия Андреевна Голубева.
Затем ученые исследовали in vitro цитотоксическую активность полученных соединений, а именно то, как они воздействуют на раковые клетки человека. Для эксперимента были выбраны четыре клеточные линии: две опухолевые (гепатокарцинома и карцинома молочной железы) и две обычные (фибробласты человека и эмбриональные клетки почек). На первых предполагалось посмотреть, насколько хорошо препарат убивает опухолевые клетки. Нераковые клетки использовались для определения так называемого индекса селективности: он может показать, насколько избирательно действует соединение именно на опухолевые клеточные линии.
Клетки поместили в специальные культуральные планшеты, где они сначала культивировались в течение 24 часов, а затем к ним добавляли раствор, содержащий полученные комплексные соединения. Через 48 часов сравнивалась выживаемость клеток после воздействия тестируемых соединений с выживаемостью контрольных клеток, не обработанных комплексами. С помощью специального прибора (IN Cell Analyzer 2200) ученым удалось посчитать количество живых и мертвых клеток, а также тех, что пребывают в состоянии апоптоза, и определить концентрацию полуингибирования, которая показывает, при какой дозе препарата погибают 50 % клеток.
«Эксперимент показал, что нам удалось получить соединение с очень высоким индексом селективности, равным 19. То есть это вещество в 19 раз лучше убивает раковые клеточные линии по отношению к нераковым. Грубо говоря, на 100 раковых клеток оно будет уничтожать лишь 5 здоровых. В медицинской среде неплохим считается уже индекс селективности больше 3—4», — объясняет Елизавета Лидер.
Также полученные комплексы меди с 1H-тетразолил-5-уксусной кислотой и дополнительными лигандами проверили на антибактериальную, противогрибковую и протистоцидную активность (на бактериях E. coli и S. aureus, грибах вида P. italicum и простейших вида Colpoda steinii). «Против бактерий и грибов эффекта показано не было, зато протистоцидная активность у некоторых из наших соединений была сопоставима с медицинским препаратом хлорохином», — рассказывает аспирантка ИНХ СО РАН Екатерина Андреевна Ермакова.
В Северо-Кавказскогом зональном научно-исследовательском ветеринарном институте, кроме противомикробной активности, проверили острую токсичность комплексов на мышах. На данный момент выявлена максимальная переносимая доза. «В дальнейшем мы планируем определить полулетальную дозу, при которой половина животных должна выжить. По ее величине можно будет делать выводы о применимости полученных комплексов в медицине. Мы должны показать, что терапевтические концентрации препарата не оказывают летального воздействия на живые организмы», — говорит Елизавета Лидер.
Исследование выполнено в рамках гранта РНФ № 20-73-10207.
Диана Хомякова, Наука в Сибири (№32, 10.08.2023)
Иллюстрация предоставлена исследователями
© ИНХ СО РАН 1998 – 2024 г.