Ученые из Института химии растворов имени Г. А. Крестова РАН разработали новый способ получения максенов — слоистых соединений, которые используются в накопителях энергии, устройствах защиты от электромагнитных помех и приборах для очистки и опреснения воды. Авторы использовали технологию синтеза в плазме, которая не требует применения высоких температур и опасных реагентов и позволяет получить чистые максены без лишних примесей. Результаты исследования опубликованы в журнале Plasma Chemistry and Plasma Processing.
Максены представляют собой двумерные материалы, в состав которых могут входить металлы, неметаллы, азот и углерод. Обычно максены получают путем травления токсичных химических веществ, однако этот способ имеет ряд недостатков: реакцию необходимо проводить при высоких температурах, а после ее проведения — утилизировать опасные отходы и очищать максены от примесей, образующихся в процессе травления.
Более «экологичную» альтернативу предложили ученые из Института химии растворов РАН, которые для получения максенов использовали плазму — ионизированный газ высокой температуры — на основе четыреххлористого углерода. При комнатной температуре это соединение представляет собой жидкость, которая начинает кипеть и превращаться в газ при температуре 76,5 градуса Цельсия.
Исследователи поместили в эту среду две титановые проволоки: одна использовалась как катод (положительно заряженный элемент), а другая — как анод (отрицательно заряженный элемент). Затем через них пропустили короткий электрический разряд, под действием которого образовалась плазма, направленная от одной проволоки к другой. Титан вблизи плазмы плавился, образуя в растворе двумерные структуры максенов. Авторы высушивали раствор при комнатной температуре, получая на выходе порошок максенов. Анализ его химического состава показал, что синтезированные таким образом максены не содержат оксидных примесей, которые бы ухудшали электромагнитные свойства материалов.
Основное преимущество нового метода заключается в том, что состав максенов можно легко варьировать, заменяя материал электрода другим металлом (например, молибденом, хромом, вольфрамом). Это позволит получать материалы с заданными целевыми свойствами — электрическими, магнитными, оптическими и биологическими. При этом такой способ легко масштабируем и не требует утилизации побочных продуктов.
«Предложенный метод — наиболее легкий способ синтеза максенов без примесей. В дальнейшем мы планируем в одностадийных процессах получать мембранные композиты, содержащие максены, которые могут использоваться как компактные опреснители соленой воды», — цитирует Российский научный фонд одного из авторов исследования, кандидата химических наук Николая Сироткина.
Источник фото — pme.uchicago.edu
