- Информация о материале
"Ученые выяснили, что можно использовать в качестве анодов в натрий-ионных аккумуляторах" - такой материал опубликован в разделе "Новости и анонсы" официального сайта Минобрнауки РФ. Коллектив ученых, в который вошли специалисты Института неорганической химии (ИНХ) им. А.В. Николаева Сибирского отделения РАН, предложили использовать углеродные нанохорны в качестве одного из электродов (анода) в натрий-ионных аккумуляторах. Электронное состояние углеродных нанохорнов можно модифицировать электроотрицательным бромом. Бромированные углеродные нанохорны способны хранить на 20% больше натрия, чем исходные. Фундаментальное исследование ученых позволит создать энергоемкие натрий-ионные аккумуляторы, которые заменят более дорогие литий-ионные.
Посмотреть на сайте Минобрнауки РФ
Постоянно растущие потребности человечества в портативных электроустройствах (от смартфонов до газонокосилок) и электротранспорте увеличивают спрос на электрохимические накопители энергии. Среди них наиболее широко используются аккумуляторы, которые отличаются от первичных батарей возможностью многократной перезарядки без значительных потерь емкости и времени работы.
Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА), которые были выпущены на рынок в 1991 году, быстро потеснили другие химические источники тока. Рынок сбыта аккумуляторов постоянно растет, но так же, из-за его ограниченных запасов, увеличивается и цена на литий — ключевой материал, используемый в ЛИА. В настоящее время не существует аналогов ЛИА с большим временем жизни (больше 3000-10000 циклов заряда-разряда) и высокой плотностью энергии около 265 Вт•ч/кг.
Альтернативными и более дешевыми аналогами ЛИА могут стать натрий-ионные аккумуляторы (НИА). НИА обладают высокой скоростью зарядки, сохраняют на 90% больше емкости при низкой температуре (что актуально для северных и сибирских регионов России), более безопасны и совместимы с устройствами, которые работают на ЛИА, где предусмотрено питание на 3.7В.
Принципы устройства и функционирования натрий-ионных аккумуляторов аналогичны ЛИА: в обоих случаях накопление энергии происходит в результате переноса ионов щелочного металла из материала электрода (анода) в материал катода.
В любой вторичной батарейке есть два электрода, материалы которых должны обратимо внедрять с ионом натрия. В процессе заряда аккумулятора натрий выходит из катодного материала и внедряется в материал анода. При разряде ионы натрия будут покидать анод с генерацией электронов, т.е. ток для питания внешнего устройства. Разработка новых эффективных анодных материалов считается одной из проблем, которую необходимо решить для создания натрий-ионных аккумуляторов.
В своем исследовании ученые впервые изучили возможность использования углеродных нанохорнов в качестве анодного материала натрий-ионных аккумуляторов. Они представляют собой полые углеродные капсулы с коническими крышками. Нанохорны обладают высокой удельной площадью поверхности, доступной для адсорбции натрия, а дефекты, формирующиеся при изгибах графеновой сетки, создают дополнительные адсорбционные места.
Ученые показали, что электронное состояние поверхности нанохорнов можно модифицировать при добавлении электроотрицательного брома, пары которого взаимодействуют с изогнутыми графеновыми стенками при комнатной температуре. Добавка всего 5 ат.% брома к нанохорнам оказала положительный эффект на адсорбцию натрия.
«Мы выяснили, что бромированные углеродные нанохорны способны хранить на 20% натрия больше, чем исходные. Предложенный в работе подход может быть применен и для других углеродных наноматериалов с целью их использования в конденсаторах и батарейках, а также для сорбции ионов металлов», — рассказала кандидат химических наук Светлана Столярова.
По словам Светланы Столяровой, для реального производства таких аккумуляторов в дальнейшем необходимы крупномасштабные научно-практические исследования с изучением и подбором всех составляющих аккумулятора — электролита, сепаратора, материалов катода и анода — инженерных решений по созданию электрохимической ячейки и в конечном итоге разработки технологии сборки и производства аккумулятора.
Научное исследование выполнено при финансовой поддержке проекта РНФ №19-73-10068 и Министерства науки и высшего образования Российской Федерации №121031700314-5. Научная статья опубликована в журнале Applied Surface Science (Q1).
- Информация о материале
"Молекула-тыква в сочетании с золотом помогла ускорить получение водорода" – новость на порталах ТАСС, РБК, Научная Россия...
10.08.2022 13:14
Научная Россия (scientificrussia.ru)
Молекула-тыква помогла ускорить получение водорода
Статья
https://scientificrussia.ru/articles/molekula-tykva-pomogla-uskorit-polucenie-vodoroda
10.08.2022 09:31
PCNews.Ru
Новосибирские учёные предложили эффективный способ получения водорода из муравьиной кислоты
Эффективный способ получения водорода из муравьиной кислоты предложили новосибирские учёные. Для этого они использовали органическое соединение кукурбитурил, который из-за формы его молекулы называют молекулой-тыквой. Оно помогло получить водород при более низких температурах и, соответственно, при более низких затратах энергии.
Статья
https://pcnews.ru/blogs/novosibirskie_ucenye_predlozili_effektivnyj_sposob_polucenia_vodoroda_iz_muravinoj_kisloty-1188994.html
09.08.2022 22:38
Habrahabr.Ru
Новосибирские учёные предложили эффективный способ получения водорода из муравьиной кислоты
Эффективный способ получения водорода из муравьиной кислоты предложили новосибирские ученые. Для этого они использовали органическое соединение кукурбитурил, который из-за формы его молекулы называют молекулой-тыквой. Оно помогло получить водород при более низких температурах и, соответственно, при более низких затратах энергии.
Статья
https://habr.com/ru/news/t/681730/?utm_campaign=681730&utm_source=habrahabr&utm_medium=rss
09.08.2022 19:22
Поиск (poisknews.ru)
Молекула-тыква помогла ускорить получение водорода – Materials Today Energy
09.08.2022 Эффективный способ получения водорода из муравьиной кислоты предложили новосибирские ученые. Для этого они использовали органическое соединение кукурбитурил, который из-за формы его молекулы называют молекулой-тыквой. Оно помогло получить водород при более низких температурах и, соответственно, при более низких затратах энергии. Использование муравьиной кислоты в качестве жидкого органического носителя водорода позволяет производить существенно более дешевую и безопасную […]
Статья
https://poisknews.ru/themes/himiya/molekula-tykva-pomogla-uskorit-poluchenie-vodoroda-materials-today-energy/
09.08.2022 09:25
Министерство науки и высшего образования РФ
Молекула-тыква помогла ускорить получение водорода
Эффективный способ получения водорода из муравьиной кислоты предложили новосибирские ученые. Для этого они использовали органическое соединение кукурбитурил (молекулы-тыквы). Оно помогло получить водород при более низких температурах и, соответственно, при более низких затратах энергии.
Статья
https://minobrnauki.gov.ru/press-center/news/nauka/56188/
09.08.2022
Bizon.ru
Получение водорода из муравьиной кислоты ускорили с помощью молекул в форме тыквы
Российские исследователи нашли эффективный способ получения водорода из муравьиной кислоты, применив органическое соединение кукурбитурил, форма молекулы которого напоминает тыкву или бочонок. Это позволило получать водород при более низких температурах и затратах энергии, сообщила в понедельник ТАСС пресс-служба Минобрнауки России.
Статья
https://bizon.ru/news/view/news_id/613848
09.08.2022
Поиск (poisknews.ru)
Молекула-тыква помогла ускорить получение водорода – Materials Today Energy
Эффективный способ получения водорода из муравьиной кислоты предложили новосибирские ученые. Для этого они использовали органическое соединение кукурбитурил, который из-за формы его молекулы называют молекулой-тыквой. Оно помогло получить водород при более низких температурах и, соответственно, при более низких затратах энергии.
Статья
https://poisknews.ru/themes/himiya/molekula-tykva-pomogla-uskorit-poluchenie-vodoroda-materials-today-energy/#respond
09.08.2022
Новости науки (novostinauki.ru)
Молекула-тыква помогла ускорить получение водорода - Materials Today Energy
09.08.2022 Эффективный способ получения водорода из муравьиной кислоты предложили новосибирские ученые. Для этого они использовали органическое соединение кукурбитурил, который из-за формы его молекулы называют молекулой-тыквой. Оно помогло получить водород при более низких температурах и, соответственно, при более низких затратах энергии. Использование муравьиной кислоты в качестве жидкого органического носителя водорода позволяет производить существенно более дешевую и безопасную транспортировку и хранение. В качестве катализатора для получения водорода из муравьиной кислоты ученые Института катализа Сибирского отделения (СО) РАН и Института неорганической химии СО РАН синтезировали системы, состоящие из одностенных углеродных нанотрубок, внутрь которых были помещены кукурбитурил и высокодисперсное золото. «Транспортировка чистого водорода сопряжена с большими сложностями.
Статья
http://novostinauki.ru/news/202448/
09.08.2022
Himonline.ru
Получение водорода из муравьиной кислоты ускорили с помощью молекул в форме тыквы
Российские исследователи нашли эффективный способ получения водорода из муравьиной кислоты, применив органическое соединение кукурбитурил, форма молекулы которого напоминает тыкву или бочонок. Это позволило получать водород при более низких температурах и затратах энергии, сообщила в понедельник ТАСС пресс-служба Минобрнауки России.
Статья
https://www.himonline.ru/news/?id=613848
09.08.2022
PromPR (prompr.ru)
Получение водорода из муравьиной кислоты ускорили с помощью молекул в форме тыквы
Российские исследователи нашли эффективный способ получения водорода из муравьиной кислоты, применив органическое соединение кукурбитурил, форма молекулы которого напоминает тыкву или бочонок. Это позволило получать водород при более низких температурах и затратах энергии, сообщила в понедельник ТАСС пресс-служба Минобрнауки России.
Статья
https://prompr.ru/news/id/613848
09.08.2022
catalysis.ru
Молекула-тыква помогла ускорить получение водорода при разложении муравьиной кислоты
Ученые Института катализа СО РАН и Института неорганической химии СО РАН исследовали реакцию получения водорода из муравьиной кислоты при участии катализатора, содержащего углеродные нанотрубки, золото и кукурбитурил - органическое соединение, которое из-за формы его молекулы называют молекулой-тыквой. Результаты исследования показали, что кукурбитурил совместно с золотом позволил снизить температуру реакции на 110 °С, а селективность образования водорода составила 99,5%.
Статья
https://catalysis.ru/news/detail.php?ID=40892
08.08.2022 15:02
ИА Красная весна (rossaprimavera.ru)
Российские ученые нашли способ получения водорода при низкой температуре
Способ получения водорода при более низких температурах и затратах энергии при помощи муравьиной кислоты научились российские исследователи, заявила пресс-служба Миноборнауки 8 августа, сообщает ТАСС.
Статья
https://rossaprimavera.ru/news/7e4b3bcf
08.08.2022 14:35
ТАСС - Российские новости
Получение водорода из муравьиной кислоты ускорили с помощью молекул в форме тыквы
МОСКВА, 8 августа. /ТАСС/. Российские исследователи нашли эффективный способ получения водорода из муравьиной кислоты, применив органическое соединение кукурбитурил, форма молекулы которого напоминает тыкву или бочонок. Это позволило получать водород при более низких температурах и затратах энергии, сообщила в понедельник ТАСС пресс-служба Минобрнауки России.
Статья
https://xn--80aapampemcchfmo7a3c9ehj.xn--p1ai/news/uchenye-uskorili-poluchenie-vodoroda-iz-muravinoy-kisloty-
10.08.2022 14:20
РБК Life
"Молекула-тыква" в сочетании с золотом помогла ускорить получение водорода. Сибирские ученые объяснили суть предлагаемого ноу-хау
Новосибирские ученые предложили получать водород из муравьиной кислоты, используя органическое соединение кукурбитурил, которое из-за формы его молекулы называют «молекулой-тыквой», говорится в сообщении Минобрнауки страны. «Молекула-тыква» помогла получить водород при более низких температурах и, соответственно, при более низких затратах энергии. Ученые объяснили суть предлагаемого ноу-хау.
https://www.rbc.ru/life/news/62f3500f9a7947154c0a3207
В журнале Materials Today Energy (ИФ 9,257) опубликована статья с участием сотрудников Института Чеховой Г.Н., Федосеевой Ю.В., Герасько О.А., Окотруба А.В. и Булушевой Л.Г. «Cucurbit[6]uril as a co-catalyst for hydrogen production from formic acid», Dmitri A. Bulushev, Galina N. Chekhova, Vladimir I. Sobolev, Andrey L. Chuvilin, Yuliya V. Fedoseeva, Olga A. Gerasko, Alexander V. Okotrub, Lyubov G. Bulusheva // Materials Today Energy 26 (2022) 100998. DOI: 10.1016/j.mtener.2022.100998 Посмотреть статью
В работе представлен редкий пример использования органических макроциклов кукурбитурилов в каталитических реакциях. На примере композита, состоящего из одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ), кукурбит[6]урила (CB6) и соединений золота, продемонстрировано, что CB6 является сокатализатором для получения водорода из муравьиной кислоты. Внедрение CB6 в ОУНТ с открытыми концами обеспечивает снижение температуры этой реакции на 60 К по сравнению с чистыми ОУНТ. Использование CB6 при синтезе нанесенных на ОУНТ золотосодержащих катализаторов приводит к еще большему снижению температуры реакции (на 110 K) по сравнению с катализатором Au/ОУНТ. При этом селективность образования водорода достигла 99,5% при температуре около 473 К. На основании расчетов с помощью теории функционала плотности (DFT) влияние CB6 можно приписать эффективному отрыву атома водорода от гидроксильной группы молекулы муравьиной кислоты на отрицательно заряженные карбонильные группы CB6 и образованию формиатов, которые легче превращаются в H2 и CO2, чем молекула кислоты. Необычные сэндвичевые структуры Au формировались внутри каналов ОУНТ за счет взаимодействия Au с CB6. Работа является первым примером, показывающим, что основные карбонильные группы кукурбитурила могут обеспечить значительное увеличение конверсии муравьиной кислоты за счет отщепления ее атома водорода. Полученные результаты создают основу для разработки кукурбитурил-содержащих катализаторов для реакций, протекающих за счет отщепления водорода от молекул реагентов.
Использование кукурбит[6]урила при синтезе нанесенных на ОУНТ золотосодержащих катализаторов реакции разложения муравьиной кислоты приводит к снижению температуры реакции на 110 K по сравнению с катализатором Au/ОУНТ, при этом селективность образования водорода достигает 99,5%.
- Информация о материале
Молекулу собрали как конструктор. Среди её кирпичиков есть атомы азота, кислорода, углерода. Созданное искусственно путём сложных химических превращений вещество разработано с определённой целью: искать загрязнители в воде, в частности ─ аммиак. Его соединения входят в состав удобрений и нередко попадают в грунтовые воды. Важно также определять амины ─ отходы производства пластика.
«Их количество контролируется прежде всего в питьевой воде. Для этого используются различные методы, которые требуют дорогостоящего оборудования и высокой квалификации персонала. Мы используем наш полимер, чтобы сделать простой и при этом чувствительный метод для обнаружения данных загрязнителей», ─ пояснил ведущий научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН Андрей Потапов.
Полимер ─ жёлтый порошкообразный комплекс. Его яркая особенность ─ люминесценция. При контакте с токсикантом он меняет свои свойства и начинает светиться под ультрафиолетом.
Преимущество, которое отличает разработку от аналогов ─ чувствительность. Комплекс в тысячу раз более восприимчив к токсическим веществам. Ещё один немаловажный плюс: одна из модификаций полимера улавливает в воде ионы алюминия, которые вредят здоровью. При этом сам полимер безвреден для окружающей среды, его расход минимальный: 1 миллиграмм на 1 миллилитр воды.
По словам младшего научного сотрудника Института неорганической химии СО РАН Дмитрия Павлова, одно из преимуществ полимера в том, что его можно отфильтровать, промыть и использовать повторно, но и после этого он не расходуется полностью.
Потенциальные пользователи разработки ─ лаборатории, контролирующие качество воды. Но исследователи планируют создать вариант полимера, который был бы доступен для широкого круга пользователей, и придать ему форму, например, тест-полосок.
Исследование стало возможным, благодаря поддержке Российского научного фонда. В 2022 году грант заканчивается, но учёные рассчитывают на его продление. Есть идеи, как улучшить полимер и сделать его чувствительным ещё и к антибиотикам.
Репортаж Олеси Герасименко
- Информация о материале
Группа ученых из Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН разрабатывает новые гибридные материалы на основе пленок фталоцианинов и наночастиц благородных металлов — слоев химических сенсоров для диагностики заболеваний органов дыхательных путей. Реализация этой идеи позволит своевременно выявлять проблемы в дыхательной системе человека, избежать перехода болезней в хроническую стадию и последующего дорогостоящего лечения.
Из-за пандемии COVID-19 ученые стали активнее вести исследования в сфере заболеваний органов дыхания. Сегодня существует потребность в разработке сенсорного диагностического направления.
Общая схема химического процесса
«Развитие сенсорного направления “от материалов к портативному датчику” позволит в дальнейшем иметь достоверные данные о состоянии органов дыхания практически в домашних условиях. Предполагается, что усовершенствование материалов сенсоров создаст предпосылки к переходу к конкретным изделиям, датчиками “два в одном”, которые будут улавливать оксиды азота — метаболиты заболеваний дыхательных путей в выдыхаемом воздухе и слюне. Наш проект направлен на создание материалов для газовых сенсоров и электрохимических сенсоров», — отмечает сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Светлана Игоревна Доровских.
В процессе диагностики пациент выдыхает воздух в датчик, с помощью встроенных калибровочных программ прибор выдает значение, по которому можно выявить воспалительный процесс. Похожий принцип работы у импортного устройства NObreath, но из-за высокой стоимости он является труднодоступным. Материал сенсора, который используется в создаваемом сибирскими учеными датчике, — их авторская разработка.
Лаборатория ИНХ СО РАН работает с полупроводниковыми материалами на основе пленок фталоцианинов. «Некоторые наши исследования до сих пор были направлены на детектирование аммиака для определения почечной недостаточности при анализе выдыхаемого воздуха. Сейчас мы решили двигаться в направлении диагностики дыхательных органов и анализа NO и его метаболитов. Фталоцианины известны как проводники и широко востребованы. Мы решили их усовершенствовать путем создания структур на основе пленок фталоцианинов и модификаций этих структур наночастицами благородных металлов: золота, платины и других. Преимуществом создаваемых нами материалов, прежде всего, является комбинация двух компонентов благородных металлов и полупроводников, что позволит повысить чувствительность сенсоров к определяемым биомаркерам без необходимости их разделения в образцах выдыхаемого воздуха и слюны. Такой подход делает возможным выявление следов специфических биомаркеров на уровне биллионных долей», — отмечает С. И. Доровских.
Способность сенсорного датчика улавливать биллионные следы биомаркера повышает его эффективность, а неинвазивность и быстрота диагностики датчика обуславливают его перспективность для медицины. Прибор пусть и не покажет первопричину возникновения воспалительного процесса, но на относительно ранних стадиях сможет определить предпосылки к заболеванию органов дыхательных путей. Имея на руках эту информацию, человек уже может своевременно обратиться к лечащему врачу и предупредить возникновение хронической или трудноизлечимой фазы болезни. Так же как и тест для определения уровня глюкозы, диагностику органов дыхания нужно наблюдать в динамике, это позволит держать здоровье под контролем.
Исследования выполняются при поддержке Российского научного фонда (проект № 21-73-10142).
Кирилл Сергеевич
Изображение предоставлено исследовательницей
© ИНХ СО РАН 1998 – 2024 г.