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:

ХХ Молодежная школа-конференция по органической химии ХХ Молодежная школа-конференция по органической химии пройдет в Казани с 18-21 сентября 2017г.
Уникальная база данных микроскопических изображений создана ИОХ РАН в рамках гранта РНФ Институт органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН презентовал проект "Nano-space online", созданный в рамках реализации комплексной научной программы, поддержанной РНФ. Проект создан по инициативе лаборатории Валентина Ананикова. Познакомиться с проектом можно уже сейчас на сайте www.nano-space.online. Сайт работает в тестовом режиме.
Развитие метода электронной микроскопии и создание базы данных по  нанотехнологиям В среду 21 июня, в библиотеке ИОХ РАН состоялся семинар по вопросу развития метода электронной микроскопии и создания базы данных по нанотехнологиям.
ИОХ РАН возглавляет рейтинг среди российских научно-исследовательских учреждений (WRIR-2016) по направлению Европейская научно-промышленная палата (European Scientific-Industrial Chamber) опубликовала рейтинг Российских научно-исследовательских организаций − World Research Institutions Ranking − WRIR-2016 (РФ).
Базовая кафедра университета - в Российской академии наук Плодотворное и многолетнее сотрудничество академической и вузовской науки в лице Института органической химии имени Н.Д. Зеленского Российской академии наук и Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова сегодня вышла на новую – прогрессивную ступень интеграции.
Все события »