Ученые ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» и Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН исследуют соединения MXenes (максены) — материалы, перспективные для фотокаталитического превращения углекислого газа в ценные химические продукты. 
Информация о разработке – на страницах издания Наука в Сибири, № 39, 08.10.2026
 
Специалисты обнаружили проблему, связанную с деградацией максенов, и полученные ими данные помогут более эффективно изучать и использовать эти материалы. Результаты исследования опубликованы в журнале Inorganic Chemistry. 

MXenes (максены) — открытый в 2011 году класс двумерных неорганических наноматериалов. Эти материалы представляют собой слоистые структуры, полученные из карбидов, нитридов или карбонитридов переходных металлов. Впервые их получили методом вытравливания атомов алюминия из керамической матрицы с помощью плавиковой кислоты. Новая структура имела форму ультратонких 2D-чешуек карбида титана, словно лежащих в стопке. Буква M в слове MXene означает переходный металл, окончание -ene добавлено по аналогии со словом graphene (графен).

Просвечивающая электронная микроскопия, демонстрирующая морфологию композита на основе MXene и диоксида титанаПросвечивающая электронная микроскопия, демонстрирующая морфологию композита на основе MXene и диоксида титана

Соединения MXenes обладают высокой электронной проводимостью, сравнимой с графеном, имеют большую удельную поверхность, гидрофильны, хорошо поглощают свет. Также они дают возможность регулировать тип и количество поверхностных групп, а это означает их гибкость в создании каталитических приложений.

Химические и физические свойства MXenes делают их перспективными сокатализаторами для фотокаталитического преобразования углекислого газа в ценные продукты: метан, метанол, формальдегид, муравьиную кислоту. Процесс происходит на полупроводниковых катализаторах, таких как диоксид титана. Но существует проблема, которая затрудняет использование максенов: они разрушаются под воздействием окружающей среды, например при определенном уровне pH и наличии окислителей. В результате влияния различных факторов образуются монооксид углерода и легкие углеводороды, в частности метан. Нестабильность материала влияет на соотношение продуктов преобразования CO2. 

«Благодаря специфике своей структуры максены, в частности, могут походить по свойствам на наночастицы благородных металлов и выступать в качестве каталитических центров, но заметно более доступных. Из-за карбидной природы и чрезвычайно высокой дисперсности эти материалы неустойчивы по отношению к воде. При разрушении выделяются газы, идентичные с целевыми соединениями, и из-за этого возникает путаница — продукты гидролиза принимают за продукты каталитического восстановления», — описывает проблему соавтор работы старший научный сотрудник лаборатории химии редких платиновых металлов ИНХ СО РАН доктор химических наук Данила Борисович Васильченко.

«Способность MXenes деградировать при внешних условиях может сказываться на получаемых экспериментальных данных. Оценки эффективности этих материалов в фотокатализе могут быть ошибочными, и нашей задачей было прояснить эти проблемные аспекты, чтобы внести конструктивный вклад в изучение стабильности широко распространенной фотокаталитической системы на основе композита MXene — диоксид титана», — говорит соавтор работы ведущий научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ФИЦ ИК СО РАН доктор химических наук Екатерина Александровна Козлова. 

Специалисты исследовали композит MXene/TiO2 в условиях гидролитической трансформации, под влиянием воды. В ходе экспериментов оценивалось соответствие продуктов разложения максенов целевым продуктам и их количественный вклад в конверсию. Характеристики композита и его состояние в разных вариациях анализировали с помощью рентгеновской дифракции, просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рамановской спектроскопии, газовой хроматографии и других. Эти методы позволили получить наиболее полную картину того, что происходит с системой в присутствии воды и под влиянием света и нагревания. 

Результаты показали, что даже без облучения светом водные суспензии MXene непрерывно выделяют молекулы монооксида углерода, углекислого газа, метана, этилена и других углеводородов. При облучении светом деградация значительно ускоряется из-за радиационного нагрева материала. В композитах с диоксидом титана образование угарного газа практически не зависит от атмосферы, тогда как скорость выделения метана в углекислом газе оказывается заметно ниже, чем в инертном аргоне. Образование углеводородных газов при контакте композита с водой — прямое следствие его карбидной природы. Во время взаимодействия происходит нуклеофильная атака молекул воды на связи металл-углерод (Ti-C), что приводит к разрушению структуры MXene.

Один из главных новых выводов: присутствие углекислого газа не усиливает, а подавляет образование метана на поверхности композита. Это прямое доказательство того, что источником продуктов служит разложение самого материала, а не каталитическое восстановление углекислого газа. 

«Мы рекомендуем специалистам в области фотокатализа с использованием MXenes проводить тщательные контрольные эксперименты, особенно в инертной атмосфере, чтобы отличать подлинное восстановление CO₂ от разложения самого катализатора», — отмечает Екатерина Козлова.

Данила Васильченко добавляет, что самый простой и радикальный способ борьбы с нестабильностью — полное исключение воды как растворителя: «Возможен переход к органическим растворителям и проведение процессов с газообразными реагентами, например водородом и углекислым газом. Даже в этих вариантах следует учитывать образование воды в качестве побочного продукта и ее последующее воздействие на Mxenes, особенно при повышенных температурах».

Предложенный специалистами ФИЦ ИК СО РАН и ИНХ СО РАН подход задает новые стандарты для работы с MXenes. Чтобы разрабатывать стабильные и надежные фотокаталитические системы для зеленой энергетики, нужно как можно больше знать о свойствах материалов, входящих в их состав.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда № 24-13-00416.

Пресс-служба ФИЦ ИК СО РАН

Изображение предоставлено исследователями

  

Результаты опубликованы в журнале Inorganic Chemistry (ИФ 4,6): Danila Vasilchenko, Vladislav Nikolaev, Roman Alekseev, Evgeny Gerasimov, Pavel Popovetskiy, Boris Kolesov, Denis Mishchenko, Angelina Zhurenok, Ekaterina Kozlova “Unraveling the Carbon Footprint: How Ti3C2Tx MXene Stability Affects CO2 Photoreduction on TiO2»  // Inorganic Chemistry. 2026. 65 (26): 15212–15224.

Золото в борьбе против рака решили использовать новосибирские химики, они работают над созданием противоопухолевого препарата, важным элементом которого будет драгоценный металл. Материалы о разработке сотрудников Института – в эфире телеканала ВЕСТИ Новосибирск (23.09.2026). 
 
Синтезированная молекула в перспективе может стать основой нового класса лекарств — более эффективных и безопасных. Золото — традиционный эталон роскоши. Но в химической лаборатории ценят его не за чарующий блеск. Жёлтый металл — важный элемент молекулы с мощной противораковой активностью. «Вот она, золото, значит, вот фосфор здесь есть. И видите йод», — показывают учёные. 
 

Вещества на основе золота — перспективная и более безопасная альтернатива современным противоопухолевым препаратам с платиной. Пока ещё ни одного такого лекарства на рынке нет, но учёные в разных странах мира видят перспективу именно в жёлтом благородном металле.

«По сравнению с известными препаратами на основе платины, наш комплекс является более токсичным по отношению к раковым клеткам, и для него нужна меньшая концентрация», — отмечает младший научный сотрудник Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН Вероника Комлягина.

Бороться против раковой клетки золоту помогает напарник — органическая молекула с йодом. Вместе их возможности проявляют суперсилу: вещество рушит оборону врага сразу на нескольких флангах. Оно нарушает структуру ДНК, вызывает окислительный стресс, высвобождает убийственные для рака свободные радикалы.

При этом стоимость вещества, несмотря на наличие драгметалла, не является заоблачной. «На самом деле количество золота в готовом веществе микроскопически мало. Вот смотрите, здесь меньше грамма. На такое количество необходимо больше тысячи литров воды. Согласитесь, ну очень мало. Зато, как говорят химики, очень эффективно», — отмечает корреспондент Олеся Герасименко.

Для любого противоракового препарата важно действовать направленно: уничтожая опухоль, как можно меньше влиять на здоровые ткани. Синтезированные вещества протестировали с обнадёживающим результатом на раковых клетках молочной железы и шейки матки.

«Один из наших комплексов демонстрирует селективность примерно в 20 раз. Соответственно, это значит, что он в 20 раз менее токсичен для здоровых клеток, чем для раковых», — рассказывает старший научный сотрудник Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН Николай Ромашев.

«Нужно вот эту селективность повышать, избирательность повышать, чтобы токсичность на здоровые ткани была минимальной. Нужно дальше модифицировать эти молекулы, чтобы добиваться более высокой растворимости в воде. Модифицировать, искать и улучшать молекулу, чтобы как можно раньше протестировать препарат уже не просто на клетках, а на лабораторных животных», — поясняет доктор химических наук, заведующий лабораторией Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН Артём Гущин.

Задача в перспективе двух-трёх лет вполне выполнима, говорят учёные. А это уже большой шаг навстречу реальному рынку медицинских препаратов.

 
Олеся Герасименко / «ВЕСТИ НОВОСИБИРСК»
 
 
Ученые из Института неорганической химии СО РАН и Томского политехнического университета провели высокоскоростную видеосъемку, выявив три разных режима движения фронта пленки гидрата метана при давлениях 85 ± 5 бар и температурах от –9°C до +8°C. Результаты исследования опубликованы в журнале Energy & Fuels (IF = 6.0). 
 
"High-Speed Visualization of Methane Hydrate Film Growth and Morphology at the Water–Gas Interface", Aleksei Sagidullin, Tatyana Adamova, Nikita Shlegel, Anastasia Islamova, Andrey Manakov; Energy Fuels 23 July 2026; 40 (29): 15716–15722. Посмотреть статью. 
 
 
 
Метан способен образовывать с водой твердые клатратные соединения – газовые гидраты. Они широко распространены в природе (например, в донных осадках морей и оз. Байкал). Запасы горючего газа в природных гидратах огромны, они представляют большой интерес как ценный альтернативный источник топлива. Кроме того, значительный интерес представляет разрабатываемые в настоящее время газогидратные технологии хранения и транспортировки газов, а также разделения газовых смесей. В целом, гидратные исследования представляют широкий простор для научного сообщества. В каких условиях гидраты стабильны, как они образуются и разлагаются, как повысить или понизить устойчивость – вопросов множество. 
В данной работе найдены три зависящих от переохлаждения режима роста гидратной пленки на поверхности жидкой воды. При малом переохлаждении (1.7°C) фронт плёнки движется равномерно с редкими "рывками". При среднем переохлаждении – равномерно, при этом "рывков" не наблюдается. При максимальном переохлаждении (∼20°C) процесс многостадийный: сначала образуется первичная плёнка с дефектами, затем, за счет капиллярного эффекта, на них формируются вторичные сростки кристаллов, которые сливаются в сплошную плёнку. Скорость роста варьировала от 0.035 до 1.40 мм/с в зависимости от условий.
Водой фронт пленки (на фото) не смачивается – предположительно, из-за адсорбционного слоя метана, делающего поверхность временно гидрофобной. Это интересно: получается, что пленка блокирует контакт вода-газ, резко замедляя дальнейшее гидратообразование (до тех пор, пока не появятся новые пути доступа воды). Отсутствие смачивания фронта пленки – важный параметр для моделей переноса воды и газа через гидратный слой. Эту информацию следует учитывать при разработке методов крупномасштабного получения гидратов, что является необходимым для реализации газогидратных технологий. 
Поглотитель бензола создали новосибирские химики. Аналогов такому новому кристаллу пока нет. Он может не только впитывать опасное вещество, но и сигнализировать о его наличии. Материалы о разработке сотрудников Института – в эфире телеканала ВЕСТИ Новосибирск (31.07.2026). 
 
Нейлон прочнее стали, при этом лёгкий и эластичный, дёшев в производстве. Материал — основа одежды, автомобильных шин, деталей сложных машин и аппаратов. Основа нейлона — химически опасный бензол. Его пары на производстве провоцируют риск онкологии у людей. Свой эффективный способ нейтрализовать канцероген предлагают новосибирские химики. Создали кристаллы, которые, как губки, впитывают пары бензола.
 

Основа кристалла — цинк. Его смешивают с особым веществом. В течение полутора суток нагревают при 100 градусах.

Так получаются кристаллы с мельчайшими порами. Именно в них, как в ловушки, попадают молекулы бензола. Выбраться им из такого капкана уже невозможно. Остальные вещества проходят, как через сито, мимо.

«Мы, ориентируясь на структуру соединения, уже зная организацию её на молекулярном уровне, подбирали монолит конкретно под него. Мы знали, что это соединение войти в структуру может, а те соединения, с которыми оно чаще всего в смеси встречается, скорее всего, нет», — пояснил Дмитрий Павлов, научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН.

Работают такие вещества-ловушки оперативно и эффективно, показали эксперименты. Соединение люминесцентное. Наделяет сорбент ещё одной функцией. Словно разведчик, он может моментально сигнализировать о бензоле.

«Можно наблюдать за процессом извлечения вредных следов бензола и обнаруживать его, причём в достаточно низких концентрациях. Уникальный получился сорбент, таких, насколько мы знаем, сейчас вообще ещё нет. Думаем, что у подобных материалов есть будущее», — уточнил Андрей Потапов, главный научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН.

Сейчас учёные в рамках гранта Российского научного фонда оптимизируют новый сорбент. Делают его ещё эффективнее и дешевле. В будущем он будет иметь форму гранул. Быстро, эффективно и безопасно сможет нейтрализовать коварного врага на производстве нейлона.

 
АНАСТАСИЯ ПУТИНЦЕВА / «ВЕСТИ НОВОСИБИРСК»