О новых перспективных технологиях в результате совместных исследований научных сотрудников Губкинского университета и Технического университета Луизианы

В результате совместных исследований научных сотрудников РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина и Технического университета Луизианы созданы методы, позволяющие получать наночастицы и нанокластеры металлов и их соединений во внутреннем пространстве нанотрубок галлуазита.

В 50-е годы с использованием нового метода электронной микроскопии была установлена структура глинистого минерала из группы каолина – галлуазита. Оказалось, что наиболее распространенной формой минерала является форма многослойной нанотрубки, которая образуется при сворачивании каолиновых пластин. Структуру галлуазита можно представить как свернутый в трубку листок бумаги, размер внутреннего диаметра которой составляет примерно 20 нм, а внешнего около 50 нм, при этом длина трубки варьируется от 400 нм до 2 мкм. Так был открыт для исследователей новый природный наноструктурированный материал, который в последние десятилетия активно изучается и может стать ключом к развитию нанотехнологий в промышленном масштабе. Галлуазит добывается в некоторых регионах мира, таких как Китай, США, Новая Зеландия, Австралия, места залегания галлуазита также известны на территории России.

В РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина под руководством заведующего кафедрой физической и коллоидной химии Владимира Винокурова в рамках проекта «Мегагрант» и смежных проектов ведется работа по созданию новых функциональных материалов на основе нанотрубок галлуазита. Основные направления исследования – создание катализаторов для нефтегазовой и нефтехимической промышленности, а также альтернативной энергетики, в том числе фотокатализаторов; разработка функциональных мембран; получение биологически активных препаратов; флуоресцентных материалов; изучение свойств дисперсных систем стабилизированных нанотрубками галлуазита. В основе всех перечисленных направлений лежит работа по изучению строения и свойств природного наноматериала, особая химия поверхности которого открывает большие возможности для модифицирования, но также ставит перед учеными непростые исследовательские задачи. Особенность галлуазита в том, что его внешняя поверхность имеет отрицательный заряд, а внутренняя поверхности заряжена положительно. Такое свойство внутренней поверхности мешает попаданию в трубки положительно заряженных ионов металлов, так как одноименные заряды отталкиваются. Поэтому для получения катализаторов и других материалов на основе галлуазита требуется разработка специальных методов внедрения ионов металлов во внутреннюю полость нанотрубок.

В результате совместных исследований научных сотрудников РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, Технического университета Луизианы созданы методы, позволяющие получать наночастицы и нанокластеры металлов и их соединений во внутреннем пространстве нанотрубок галлуазита. На первой стадии во внутреннем пространстве трубок синтезируются органические соединения – лиганды, способные образовывать устойчивые комплексы с ионами металлов. Далее, при контакте модифицированных трубок с растворами солей, ионы металлов как насос втягиваются в наноразмерные полости за счет капиллярных сил и образования комплексных соединений металлов. После реакции восстановления полученных комплексов во внутреннем пространстве трубок образуются наночастицы металлов (Ru, Rh, Pt, Co, Cu, др.). В зависимости от свойств органических лигандов возможно варьировать размер получаемых частиц от 1 до 8 нм, а также получать би-, триметаллические частицы и соединения металлов.

Разработанные под руководством российских ученых методы позволят создавать нанореакторы для протекания химических процессов с размером реакционного пространства, лимитируемым внутренним диаметром трубки. В ходе недавних испытаний полученных рутениевых катализаторов было установлено, что реакции гидрирования ароматических соединений (бензола и его производных) протекают быстрее, чем при использовании промышленных катализаторов. Еще одним преимуществом созданных систем является стабильность наночастиц, синтезированных во внутреннем пространстве нанотрубок, при высоких температурах, позволяющая использовать катализаторы в таких процессах, как дожиг выхлопных газов, а также претерпевать процедуры прокаливания и регенерации катализаторов без потери их активности.

Полученные результаты были высоко оценены мировым научным сообществом. В 2018 году ученые получили награду одного из ведущих научных журналов STAM за лучшую статью «Formation of metal clusters in halloysite clay nanotubes» 2017 Sci. Technol. Adv. Mater. 18 p.147.

Инкапсулирование наночастиц металлов и их соединений внутри нанотрубок галлуазита является перспективной технологией, которая может быть использована для создания антибактериальных препаратов, флуоресцентных меток и других материалов, в которых наноструктурирование играет важную роль.

© РГУ им.Губкина, 2019

Другие материалы

19 апреля 2019
Магнит против фреона: Ученые изобрели магнитный холодильник, эффективность которого выше обычного на 30-40%
Принципиально новый холодильник разработали исследователи из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» и Тверского государственного университета — в его основе твердотельная ...
19 апреля 2019
НИТУ «МИСиС» приступил к in vivo тестам клеточно-инженерных имплантатов нового поколения
НИТУ «МИСиС» совместно с НИЦ эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи приступили к испытаниям in vivo клеточно-инженерных имплантатов нового поколения. ...
18 апреля 2019
Как расстаться с дантистом: новая стоматологическая технология, вдвое продлевающая срок службы пломб
Ученые НИТУ «МИСиС» представили инновационные антибактериальные составы для материалов, используемых при установке постоянных зубных пломб — протравочного геля, промывающей жидкости ...
16 апреля 2019
Ученые нашли способ очищать воду при помощи графена
Коллектив ученых из НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из ТГУ имени Г.Р. Державина и СГУ имени Н.Г. Чернышевского выяснили, что ...
10 апреля 2019
«БелАЗ» и Россия выводят сотрудничество на новый уровень
Заместитель генерального директора по качеству и стандартизации производства «БелАЗа» Сергей Лесин рассказал о новейших разработках компании и перспективах сотрудничества с ...
10 апреля 2019
Супермагнит для Арктики и космоса, работающий при —180°С
АО «Научно-производственное объединение „Магнетон“ приступило к полномасштабному производству нового типа постоянных магнитов для Арктики и космоса, разработанных научным коллективом НИТУ ...
08 апреля 2019
Ученые НИТУ «МИСиС» создали сверхбыстрый робот-микроскоп для поиска темной материи
Сотрудники Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС», Москва) и Национального Института Ядерной Физики (INFN, Неаполь, Италия) разработали простую и ...
29 марта 2019
В «Российской газете» написали про разработку ученых Политеха
Публикация посвящена «умным» снарядам «Российская газета» пишет, что междисциплинарная проектная команда под руководством профессора кафедры «Технология твердых химических веществ» Сергея ...
29 марта 2019
Ученые придумали, как быстро и эффективно получать термоэлектрики
Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») совместно с коллегами из Российской академии наук, Московского государственного университета им. М.В. ...
21 марта 2019
Учёные СФУ исследовали «космические» алмазы
Международный коллектив учёных провёл масштабный эксперимент, направленный на выявление основных свойств и механических характеристик импактных алмазов Попигайского месторождения (Якутия и ...
19 марта 2019
«Роснефть» разработала уникальное техническое масло
Специалисты ООО «РН-ЦИР» (входит в состав корпоративного научно-проектного комплекса «Роснефти») при содействии ООО «РН-Смазочные материалы» (входит в состав «Роснефти») запатентовали ...
18 марта 2019
Как заниматься наукой в условиях тотального недофинансирования
Россия находится на десятом месте в рейтинге государств по величине расходов на науку. На первой строчке – Соединённые Штаты, где ...