г. Москва, Ленинский проспект, 47
Телефон: +7 499 137-29-44
Факс: +7 499 135-53-28
21 июля 2015 г.

Палладиевый маркер для дефектов графена

Палладиевый маркер для дефектов графена

Максим Абаев

Графену с момента открытия многие предрекали стать материалом века, способным заменить собой целый ряд традиционных материалов. Несмотря на действительно уникальные свойства этой формы углерода, графеновые технологии ещё только начинают развиваться, сталкиваясь с новыми проблемами и открывая новые возможности.

Тонкая структура толщиной всего в один атом углерода позволяет графену чрезвычайно эффективно проводить электрический ток и тепло. Но на пути триумфального шествия нового материала к широкому промышленному применению возникают трудности. Одна из них — сложность получения структуры без дефектов.

Что такое дефект в структуре графена? Идеальный графен — это плоскость, образованная правильными шестиугольниками из атомов углерода. Если в такой структуре отсутствует один или несколько атомов, то на их месте образуется дырка. Бывают и другие искажения, например вместо шестиугольника возникает пяти- или семиугольник. Графеновые дефекты могут иметь самые различные размеры и форму. К тому же они не статичны и способны изменяться со временем. Нобелевский лауреат Константин Новосёлов в одной из своих работ показал, что искусственно созданные отверстия в структуре при определённых условиях могут самопроизвольно затягиваться. Всё это делает задачу поиска дефектов в графене непростым и трудоёмким занятием. А для многих практических приложений наиболее интересен графен с поверхностью, максимально приближенной к идеальной.

Так как же отобрать образцы «хорошего» графена? Решение предложили специалисты из Института органической химии им. Н. Д. Зелинского Российской академии наук. Научная группа под руководством док-тора химических наук Валентина Ананикова нашла оригинальный способ выявления графеновых дефектов.

Дефект на поверхности меняет не только геометрию поверхности, но и химические свойства материала вокруг этого места. Например, некоторые катализаторы — вещества, ускоряющие химические реакции, — работают как раз благодаря дефектам своей структуры. Атомы, которые находятся не совсем там, где «надо» с точки зрения идеально структурированного вещества, становятся химически активными, и именно на них начинают протекать реакции. То же применимо и к дефектам графена: химическая активность атомов углерода в этих областях отличается от активности атомов на остальной поверхности. Именно это свойство использовали химики из группы профессора Ананикова: они разработали специальное вещество, содержащее атомы металла палладия, которое избирательно прикрепляется к дефектным областям на поверхности графена.

Когда такой химический комплекс реагирует с активными центрами на поверхности, то в этих местах образуются наночастицы палладия. Их можно наблюдать с помощью электронного микроскопа. Чем более активен углеродный центр или дефект, тем прочнее связывание с частицами металла. Таким образом, дефекты на углеродной поверхности и активные центры могут быть нанесены на карту с высоким разрешением, которая покажет не только отличия в строении, но и химическую активность разных областей.

Определение дефектных центров на углеродной поверхности с помощью разработанных палладиевых маркеров даёт ещё и возможность изучить реакционную способность графеновых слоёв. Исследователи установили, что на одном квадратном микрометре поверхности, а это примерно в тысячу раз меньше площади сечения человеческого волоса, может находиться более двух тысяч реакционных центров. При этом они расположены не хаотично, а со вполне упорядоченной структурой.

Как отмечает профессор Анаников, разработанный метод сродни широко используемому в медицине диагностическому методу — томографии с использованием контрастных реагентов для повышения точности и упрощения наблюдений.

Результаты исследования опубликованы в журнале «Chemical Science», издаваемом в Великобритании Королевским химическим обществом (DOI: 10.1039/c5sc00802f).

"Наука и жизнь", № 7 июль 2015 г.

 

Конференции, проводимые институтом:

Все конференции »

Важные события:

Ученые  из ИОХ РАН разработали «бильярдный» способ производства лекарств Ученые из Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН обнаружили значимое влияние металла на реакционную способность азид-аниона в органических превращениях, использующихся в производстве лекарственных препаратов. Также химики предложили способ, который позволяет безопасно использовать взрывчатые азиды металлов для изготовления фармсубстанций. Исследования, поддержанные грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Chemistry – A European Journal.
В Институте состоялась лекция профессора Нейдига 15 марта, в среду, в Институте органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН состоялась лекция Prof. Michael L. Neidig (Rochester, New York, USA).
«Химия» искусства и искусство химии Книга «Четыре портрета» (часть1) академика РАХ художника Александра Толстикова и академика РАХ искусствоведа Марии Вяжевич написана на основе впечатлений, полученных авторами во время общения с Народным художником СССР, академиком РАХ Петром Павловичем Оссовским, Народным художником СССР, академиком РАХ Виктором Ивановичем Ивановым, Народным художником РСФСР (РФ), академиком РАХ Дмитрием Дмитриевичем Жилинским и Народным художником РФ, академиком РАХ Андреем Андреевичем Тутуновым – выдающимися отечественными живописцами, яркими представителями изобразительного искусства второй половины XX столетия, так называемыми «шестидесятниками».
Молодые сотрудники ИОХ РАН удостоены  медали Российской академии наук по итогам конкурса 2016 года Коллективу молодых ученых Лаборатории №13 ИОХ РАН присуждена медаль Российской академии наук по итогам конкурса 2016 года для молодых ученых в области общей и технической химии за цикл работ "Пероксидирование и окислительное С-О сочетание карбонильных соединений для синтеза медицинских и агрохимических препаратов".
Руководитель ФАНО России Михаил Котюков поздравляет женщин с Международным женским днем Дорогие, прекрасные и неповторимые! От всего сердца поздравляю вас с замечательным весенним праздником – Международным женским днем!
Все события »