Новости

3 июня, 2021 12:52

Ученые синтезировали новые материалы для хранения и преобразования энергии

Российские ученые синтезировали новые кристаллические материалы на основе изофталевой кислоты, которые устойчивы к высоким температурам и способны проводить ток. Такие свойства позволят использовать их в ионных аккумуляторах, топливных элементах и солнечных батареях. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemistry — A European Journal. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).
Структурная формула 4,5,6-тригидроксифталевой кислоты. Источник: Sokolov A. V. et al. / Chem. Eur. J.
Изофталевая кислота используется в химической промышленности для производства бутылочного пластика, резины и материалов для изоляции. Ранее ученые обнаружили, что некоторые ее производные — гидроксиизофталаты, имеют необычные для органических материалов характеристики, ценные для оптики и электроники. Например, они проявляют магнитные свойства, испускают свет при облучении ультрафиолетом, а также присоединяют различные металлы. За счет образования связей с металлами такие материалы начинают проводить электрический заряд, поэтому становятся перспективными для использования в качестве полупроводников.

Научная группа из Самарского государственного технического университета и ИНЭОС РАН синтезировала шесть стабильных кристаллических соединений на основе 4,5,6-тригидроксифталевой кислоты и металлов. Чтобы описать молекулярную структуру полученных материалов, использовали рентгеновское излучение, также оценивали спектр поглощения в инфракрасном и видимом свете и термоустойчивость.

Оказалось, что кристалл состоит из параллельно уложенных рядов молекул кислоты, между которыми располагаются удерживаемые ею металлы. Такие «колонны» обеспечивают транспорт электронов и протонов вдоль них. Кроме того, благодаря плотной упаковке между молекулами образуются дополнительные связи, создающие в кристалле так называемые молекулярные кластеры. Они увеличивают стабильность и термоустойчивость материала вплоть до 400°С. Подобные свойства позволяют использовать тригидроксиизофталаты в качестве полупроводников со сниженной чувствительностью к скачкам напряжения и частоты переменного тока. Такие полупроводники полезны в устройствах для хранения и преобразования энергии, например, в ионных аккумуляторах и солнечных батареях.

Также химики заметили, что при разных условиях синтеза металлы в кристалле связывают разное количество воды, а это влияет на упорядоченность молекулярных слоев. Так, чем больше воды впитывается, тем менее организованной будет структура. Чтобы получить более плотный кристалл, содержащий минимальное количество воды, синтезировать его лучше в неводном растворителе без сильного нагревания.

«Полученные нами результаты показали, что на основе 4,5,6-тригидроксиизофталевой кислоты можно синтезировать полимерные материалы с протонпроводящими свойствами. Шесть новых структур, представленных в этом исследовании, являются возможными широкополосными полупроводниками. Этот тип материалов позволяет устройствам работать при гораздо более высоких напряжениях, частотах и температурах, чем обычные органические полупроводники, тем самым расширяя сферы и возможности применения энергоносителей и аккумуляторов на их основе», — рассказывает руководитель проекта Евгений Александров, кандидат химических наук, заведующий лабораторией синтеза новых кристаллических материалов Самарского государственного технического университета.
15 июня, 2021
Дыхание почвенных микробов способствует потеплению городского климата
Российские ученые исследовали запасы углерода и количество углекислого газа, выделяемого микрооргани...
10 июня, 2021
Чувствительность терагерцового детектора повысили благодаря деформации его структуры
Российские ученые повысили чувствительность детектора терагерцового излучения, искусственно деформир...