Исследователи из ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» совместно с коллегами из Екатеринбурга, Франции и Бельгии смогли описать распределение наночастиц кобальта по размеру с помощью метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР) во внутреннем поле образца. Это относительно новая методика, и специалистам удалось на практике показать ее эффективность. Определение размера синтезированных наночастиц кобальта необходимо для повышения эффективности их использования. Статья об этом была опубликована в Physical Chemistry Chemical Physics

Наночастицы кобальта используются в катализе, в том числе в реакции Фишера—Тропша для получения синтетических топлив, в магнитно-резонансной томографии, в устройствах связи, аккумуляторах и покрытиях, поглощающих и отражающих излучение на выбранных частотах.

Первые работы по этой теме вышли в 2013 году в ACS Catalysis и в 2016 году в Nature Communications, но в них для сопоставления полученных размеров наночастиц с данными электронной микроскопии использовался поправочный коэффициент 2,5. В новой работе данные полностью согласуются с теорией. 

«При синтезе наночастиц кобальта возникает проблема с описанием их размера, так как диаметры частиц в образце всегда варьируются в некоторых пределах. Обычно данную задачу решают методами электронной микроскопии, но в этом случае за один раз исследуется очень малая доля наночастиц, присутствующих в образце. В итоге сложно понять, насколько точно полученные данные соответствуют реальному распределению. Мы использовали свойства наночастиц кобальта — сильное внутреннее магнитное поле, и путем наблюдения за изменением магнитного момента при повышении и понижении температуры смогли описать их распределение по размеру», — рассказал младший научный сотрудник группы твердотельной ЯМР-спектроскопии ИК СО РАН Илья Яковлев.

Макроскопические частицы кобальта могут находиться в разных магнитных состояниях в зависимости от размера. Многодоменные частицы диаметром больше 70 нм считаются классическими ферромагнетиками. Если диаметр частицы меньше, ее  энергетически выгодное состояние частицы – однодоменное. Каждый тип частиц обладает своей резонансной частотой в радиочастотном диапазоне, что позволяет различать их на ЯМР-спектрах.

При уменьшении размера частицы сохраняют собственный магнитный момент, направленный в одну сторону. Но у самых маленьких частиц (5-10 нм в диаметре) возникает эффект произвольного переворота магнитного момента из-за изменений температуры. Такое состояние частицы называется суперпарамагнитным. Эксперимент длится 10–20 микросекунд, и если за это время магнитный момент маленькой частицы перевернется, то полученная информация стирается — сигнала от таких частиц не поступает.

Скорость переворота магнитных моментов частиц и их переход в суперпарамагнитное состояние напрямую зависит от температуры: чем она выше, тем более вероятен переворот намагниченности частицы. Таким образом, понижая температуру (в эксперименте — до 30 K), ученые смогли наблюдать большее количество частиц. Из разности спектров, которые были получены при высокой и низкой температурах, можно узнать, сколько частиц определенного размера находится в образце. Важная особенность метода состоит в том, что данные получаются для всего образца сразу, в отличие от микроскопических методик, которые дают информацию лишь о его малой части.

Пресс-служба ИК СО РАН

Источники

Ученые описали распределение размера наночастиц кобальта с помощью их магнитных свойств
Наука в Сибири (sbras.info), 14/04/2021
Ученые описали распределение размера наночастиц кобальта с помощью их магнитных свойств
Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН" (catalysis.ru), 14/04/2021
Ученые описали распределение размера наночастиц кобальта с помощью их магнитных свойств
Научная Россия (scientificrussia.ru), 14/04/2021
Ученые описали распределение размера наночастиц кобальта с помощью их магнитных свойств
Российская национальная нанотехническая сеть (rusnanonet.ru), 15/04/2021
Химики описали распределение размера наночастиц кобальта с помощью их магнитных свойств
О химии и химиках (mendeleev.info), 17/04/2021
Химики описали распределение размера наночастиц кобальта с помощью их магнитных свойств
Индикатор (indicator.ru), 17/04/2021
Химики описали распределение размера наночастиц кобальта с помощью их магнитных свойств
MSN (msn.com), 17/04/2021

Похожие новости

  • 29/11/2019

    ИК СО РАН ведет исследования совместно с компанией «Татнефть»

    ​Ряд вопросов, актуальных для нефтегазохимического комплекса Республики Татарстан, был рассмотрен сегодня на заседании Совета директоров ОАО «Татнефтехиминвест-холдинг».  Заседание состоялось в Доме Правительства РТ, провел его Президент Республики Татарстан Рустам Минниханов.
    1553
  • 25/08/2020

    Башни-пылесосы и другие изобретения

    Новосибирские ученые на базе Научно-образовательного центра «Кузбасс» совместно с китайскими экспертами попытаются преобразовать едкий смог во что-то более полезное. Сегодня перед ними стоит задача — сделать процесс нейтрализации парникового газа надежнее и эффективнее.
    570
  • 24/11/2016

    Дни Франции в Институте катализа СО РАН

    С 7 по 9 ноября 2016 года в Институте катализа состоялся очередной российско-французский семинар в рамках международного научного объединения «Каталитическая переработка биомассы в ценные продукты» (МНО «Биомасса» / GDRI "Biomass").
    2963
  • 17/08/2017

    В новосибирском Академгородке прошла конференция «Графен: Молекула и 2D-кристалл»

    В Новосибирском государственном университете завершилась вторая российская конференция "Графен: Молекула и 2D-кристалл". Ее участниками стали 110 специалистов из России (Москвы, Новосибирска, Санкт-Петербурга, Черноголовки, Дубны, Якутска, Омска, Томск, Кемерово, Красноярска, Екатеринбурга, Улан-Удэ, Уфы, Челябинска), США, Беларуси, Испании, Германии и Великобритании.
    3141
  • 18/05/2020

    Ученые Алтайского края совместно с коллегами из Новосибирска запатентовали уникальную технологию получения этилена

    ​Ученые Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (Бийск) совместно с коллегами из Института катализа имени Г. К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (Новосибирск) разработали уникальную технологию получения этилена.
    949
  • 13/05/2020

    Диоксид кремния и наночастицы золота увеличили чувствительность газовых сенсоров в 4 раза

    ​​Вместе эти две добавки увеличивают чувствительность детектора к бензолу и этанолу более чем в четыре раза даже в условиях влажного воздуха. Такие сенсоры могут позволить обезопасить работников промышленных предприятий.
    993
  • 21/01/2021

    Немецкие физики работают над детектором для коллайдера Супер С-тау фабрика

    ​Специалисты Гисенского университета имени Юстуса Либиха (Германия) участвуют в разработке одной из систем детектора для проекта электрон-позитронного коллайдера Супер С-тау фабрика Института ядерной физики им.
    709
  • 27/01/2021

    Доклад сотрудницы ИК СО РАН на онлайн Форуме молодых учёных ШОС отмечен благодарностью Минобрнауки РФ

    ​В конце ноября 2020 года состоялся первый онлайн Форум молодых учёных Шанхайской организации сотрудничества, в котором приняла участие младший научный сотрудник группы комплексных технологических проектов Института катализа СО РАН, кандидат технических наук Сардана Банзаракцаева.
    678
  • 07/06/2019

    Арктика станет чище

    ​Молодой учёный ТюмГУ, кандидат химических наук Андрей Елышев и специалисты Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН впервые исследовали новые катализаторы на основе стекловолокнистого материала, сочетающие высокую интенсивность тепло- и массообмена с низким гидравлическим сопротивлением для повышения экологической, энергетической и экономической эффективности существующих технологий противодействия техногенным источникам опасности в сфере защиты окружающей среды.
    1423
  • 16/10/2017

    Директор ИК СО РАН академик Валерий Бухтияров о 13-м Европейском конгрессе по катализу: научные и ненаучные аспекты

    Крупнейший в Европе форум по катализу 13-й Европейский конгресс EuropaCat прошел с 27 по 31 августа во Флоренции, Италия. В работе конгресса приняла участие большая делегация Института катализа СО РАН.
    3455