​​Сибирские ученые совместно с иностранными коллегами рассчитали, какие параметры влияют на силу взаимодействия углеродных нанотрубок с фталоцианинами – сложными азотсодержащими соединениями. Гибридные конструкции на их основе можно использовать в качестве новых материалов для создания солнечных батарей, сенсоров и оптических приборов. Работа опубликована в журнале Applied Surface Science. ​

​Многие новые материалы для фотоэлектрических устройств сочетают в себе неорганическую и органическую составляющие. В качестве первой могут выступать углеродные нанотрубки - полые цилиндры, стенки которых состоят из сети шестиугольников с атомами углерода на вершинах. Органической частью могут быть гетероциклические соединения, такие как фталоцианины. Эти вещества из нескольких углеродных колец, связанных с атомами азота, способны образовывать комплексы с металлами. Сочетание двух компонентов неслучайно: циклические молекулы отдают электроны, а углеродные наноструктуры их принимают. В результате эти постоянные переходы и обеспечивают прохождение электрического тока в фотоэлектрическом материале.

"Одной из проблем таких гибридов является малая прочность химической связи органической и неорганической частей. В результате фталоцианины становятся достаточно подвижными на поверхности углеродных нанотрубок. Это неблагоприятный фактор, поскольку в таком случае мы не можем считать, что материал во всем своем объеме обладает одинаковыми свойствами", - рассказывает один из авторов работы Павел Краснов, научный сотрудник Сибирского федерального университета.

В своей работе группа ученых рассмотрела зависимость прочности соединения нанотрубок с фталоцианинами от ряда параметров: диаметра и формы углеродной наноконструкции, природы металла в комплексе с органическим компонентом и прочее. В ходе квантово-механического моделирования исследователи установили, какие параметры и как нужно изменить, чтобы соединение нанотрубок и фталоцианина стало наиболее прочным. 

Так, химики выяснили, что для прочности таких соединений важно расположение молекулы фталоцианина относительно трубки. Наиболее сильное взаимодействие ученые наблюдали, когда крестообразная органическая молекула "обхватывала" цилиндр наподобие ленивца на толстой ветке. 

Важную роль играет и тип металла в комплексе с фталоцианином: в ряду кобальт-цинк-медь сила взаимодействия убывает. Еще одна интересная зависимость наблюдалась для ориентации сети шестиугольников трубки и ее размеров. Для нанотрубок диаметром менее 10,5 Å (ангстрем - 10 -10 м) наиболее прочное взаимодействие характерно для ориентации "кресло". При этом соединения шестиугольников сети, перпендикулярные оси трубки, имеют одноименную форму. В случае большего диаметра преимущество остается за "зигзагом" (соединения ячеек стенки трубки образуют зигзаги).

"Выясненные закономерности позволят целенаправленно создавать гибридные наноструктуры с наибольшей прочностью связывания между углеродными нанотрубками и фталоцианинами. В качестве материалов они найдут применение во многих областях, но основное их назначение - фотоэлектроника", - заключает Павел Краснов.

Работа выполнена сотрудниками Сибирского федерального университета совместно с коллегами из Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева, Института неорганической химии имени А.В. Николаева СО РАН, Новосибирского государственного университета и Университета Шеффилд Холлэм (Великобритания).​

Похожие новости

  • 09/06/2017

    Сибирские ученые участвуют в разработке нанолазеров для диагностики и лечения онкологических заболеваний

    ​Группа американских и российских ученых создала мельчайшие плазмонные нанолазеры (спазеры), которые найдут применение в диагностике и лечении онкологических заболеваний. Результаты работы опубликованы в Nature Communications.
    900
  • 07/08/2018

    Магистранты ТПУ примут участие в работе над уникальными проектами

    ​Магистрантам Томского политехнического университета предлагают стать участниками уникальных исследовательских проектов в составе научных групп под руководством ведущих ученых вуза. Одной из таких научно-исследовательских групп является коллектив научно-образовательного центра Н.
    163
  • 30/04/2015

    В Новосибирске создадут центр по производству нанотрубок за 300 млн рублей

    ​В Новосибирском технопарке наладят производство добавок на основе углеродных нанотрубок, инвестиции в проект составят 300 млн рублей, передает ИТАР-ТАСС.Сегодня, 28 апреля, Совет по развитию промышленности и предпринимательства при правительстве Новосибирской области одобрил создание центра.
    1342
  • 03/08/2017

    Сибирские ученые увеличат силу воздействия лекарств

    Каждый астматик знает: самый простой способ купировать приступ — использовать ингалятор. Однако у дозирующего аэрозольного ингалятора доля лекарства, попадающего в легкие, составляет около 20 % — получается, остальные 80 % теряются на пути к цели.
    587
  • 15/11/2017

    Учёные обнаружили у нескольких морских существ вещества, способные уничтожать раковые клетки

    ​Ученые из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе со своими коллегами из Дальневосточного отделения Российской академии наук (ДВО РАН), а также из ведущих онкологических клиник Германии и Швейцарии обнаружили в составе ряда морских организмов (гидробионтов) уникальные вещества, способные уничтожать опухолевые клетки.
    575
  • 26/10/2016

    Сибирские и китайские учёные обнаружили сильную фотолюминесценцию в «дефектном» графене

    ​Специалисты из Новосибирского государственного университета, Института неорганической химии СО РАН и Пекинского университета химических технологий исследовали свойства модифицированного графита — перфорированного окисленного графена.
    1918
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    366
  • 15/12/2015

    Физики НГУ будут изучать процессы с участием самых легких мезонов

    ​НГУ и Институт ядерной физики СО РАН присоединились к эксперименту KLOE-2 по изучению "легчайших из тяжелых" - сильно взаимодействующих элементарных частиц каонов и пионов, которые относятся к классу мезонов.
    1694
  • 02/08/2018

    Новосибирские учёные создают новые контрастные препараты для рентген-диагностики

    Институт неорганической химии СО РАН готовится принять на своей площадке ведущих химиков и биологов Соединённого Королевства. Российско-Британский семинар, посвященный проблемам медицинской визуализации, пройдет в ноябре, но подготовка уже началась, сообщили сегодня «Вестям» в институте.
    139
  • 22/08/2018

    Учеными впервые запечатлены флуктуации при квантовом фазовом переходе

    Физики впервые смогли напрямую зафиксировать локальную динамику системы, которая совершает квантовый фазовый переход, — аналог таких процессов, как конденсация и кристаллизация. В результате ученые пронаблюдали квантовый аналог пузырей пара, которые появляются в воде во время кипения.
    175