Главная страница /

 

Группа исследователей из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Научного центра генетики и наук о жизни Университета Сириус, Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ «Курчатовский институт» и Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт» разработала новый синтетический подход, который позволяет создавать аэрогели из диоксида германия (GeO₂) с контролируемым углом смачивания. Предложенный экономичный одностадийный подход позволяет получить стабильные на воздухе аэрогели диоксида германия без использования дополнительных реагентов. Синтезированный аэрогель обладает улучшенными механическими характеристиками, и может быть использован для создания новых высокотехнологичных люминофоров, анодных элементов в литий-ионных аккумуляторах высокой емкости, а также в качестве носителей катализаторов. Результаты работы опубликованы в международном журнале Gels.

 

Аэрогели - класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Объемные высокопористые материалы, сформированные 3D-каркасом из наночастиц, обладают высокой площадью поверхности и одновременно высокой механической прочностью, что делает их особенно привлекательными для создания катализаторов, а также позволяет увеличить циклическую стабильность и ускорить диффузию ионов лития в ЛИА. Кроме того, люминесцентные свойства наночастиц вещества могут отличаться от его свойств в объеме. Научная группа из Лаборатории синтеза функциональных материалов и переработки минерального сырья ИОНХ РАН уже несколько лет работает над созданием материалов на основе аэрогелей диоксида германия. Исследователи разрабатывают новые методы синтеза таких материалов, изучают их состав, структуру и люминесцентные характеристики. Одним из препятствий для промышленного использования аэрогелей является их нестабильность на воздухе из-за взаимодействия с парами воды. Ученые работают над проблемой продления срока службы получаемых аэрогелей. Исследование прокомментировала научный сотрудник ИОНХ РАН, кандидат химических наук Варвара Веселова: «При получении аэрогеля традиционными методами на его поверхности неизбежно остаются гидроксильные группы (–ОН). Эти группы реагируют с влагой воздуха, что приводит к постепенному ухудшению свойств материала. Чтобы аэрогель сохранял свои полезные свойства как можно дольше, его нужно сделать гидрофобным, т.е. изменить поверхность наночастиц так, чтобы они не взаимодействовали с водой. В литературе описано несколько возможных подходов к решению этой задачи, но в случае диоксида германия эти методы нам не подошли. Нам удалось разработать метод, который осуществляется всего в одну стадию, используя дешевый и стабильный тетрахлорид германия в качестве основного прекурсора. Мы вводим в систему небольшое количество со-прекурсора, диэтилдихлорида германия, что позволяет направленно контролировать угол смачивания, т.е. можно управлять способностью отталкивать воду. Кроме того, мы смогли избежать введения в систему соединений кремния, которые часто используются для гидрофобизации, но могли бы негативно повлиять на люминесцентные свойства материала».

 

Для получения устойчивых к влаге аэрогелей исследователи использовали эпоксид-индуцированный процесс – контролируемый гидролиз тетрахлорида германия (GeCl₄). В качестве гидрофобизируещего компонента в систему вводили диэтилдихлорид германия ((C₂H₅)₂GeCl₂). Ученые показали, что в зависимости от мольных соотношений прекурсоров можно получать различные углы смачивания, а также продемострировали влияние диэтилдихлорида германия на размер частиц и пористую структуру аэрогеля. Удалось установить, что полученные таким методом аэрогели являются кислорододефицитными, и благодаря этому проявляют яркую люминесценцию в зеленой области.

 

В итоге предложенный метод позволяет получать аэрогели диоксида германия c заданным контактным углом смачивания, не вводя в систему дополнительных химических элементов, которые могли бы повлиять на свойства материала.  Работа поддержана Российским научным фондом (№ 22-73-10182).

 

В дальнейшем авторы планируют допировать аэрогели диоксида германия различными редкоземельными элементами, что позволит управлять областью высвечивания люминофора.

 

Фотографии капли воды на поверхности образцов аэрогеля, приготовленных с различными молярными соотношениями прекурсоров GeCl₄:(C₂H₅)₂GeCl₂ (слева направо) 1:0; 2:1; 1:1.

 

Источник: Gajtko, O.M.; Golodukhina, S.V.; Kottsov, S.Y.; Subcheva, E.N.; Volkov, V.V.; Kopitsa, G.P.; Son, A.G.; Veselova, V.O. Hydrophobic GeO₂ Aerogels by an Epoxide-Induced Process. Gels 2025, 11, 225. DOI: 10.3390/gels11040225

 

Пресс-релиз опубликован на сайтах Минобрнауки России https://minobrnauki.gov.ru/press-center/news/nauka/97211/, ТАСС https://nauka.tass.ru/nauka/23589579, Поиск https://poisknews.ru/mediczina/gidrofobnye-aerogeli-dioksida-germaniya-novyj-etap-v-nauke-i-tehnologiyah/, РАН https://new.ras.ru/activities/news/razrabotan-novyy-metod-polucheniya-gidrofobnykh-aerogeley-dioksida-germaniya-dlya-meditsiny-i-promysh/, РНФ https://rscf.ru/news/chemistry/v-rf-oblegchili-proizvodstvo-gidrofobnykh-aerogeley-dlya-akkumulyatorov/, Индикатор https://indicator.ru/chemistry-and-materials/novyi-metod-polucheniya-gidrofobnykh-aerogelei-dioksida-germaniya-dlya-mediciny-i-promyshlennosti-13-04-2025.htm, InScience https://inscience.news/ru/article/russian-science/predlozhen-novy-metod-polucheniya-gidrofobnyh, Mendeleev.info https://mendeleev.info/novyj-metod-polucheniya-gidrofobnyh-aerogelej-dioksida-germaniya-dlya-meditsiny-i-promyshlennosti/, Новый химический журнал https://newchemjournal.ru/dostizheniya-rossijskih-uchenyh/novyi-metod-polucheniya-gidrofobnyh-aerogelei-dioksida-germaniya/, Дзен https://dzen.ru/a/Z_usIp8JQkByRvJa, Научный микроблог Минобрнауки России https://sciencemon.ru/office/org/blog/264010/.