​​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.
    1571
  • 02/02/2016

    Новосибирские ученые с помощью лазеров создадут конденсаторы большой емкости для ОПК

    Новосибирский Институт лазерной физики (ИФЛ) и Институт неорганической химии (ИНХ) СО РАН, используя ранее разработанную технологию, создадут конденсаторы высокой емкости для применения в оборонно-промышленном комплексе.
    1567
  • 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.
    3336
  • 09/07/2019

    Кристалл будущего

    ​В Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН ученые работают с необычным материалом — диоксидом ванадия, который может изменить будущее электроники и вычислительной техники. Этот материал переходит из диэлектрического в металлическое состояние и обратно за сверхмалые времена.
    419
  • 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.
    1220
  • 05/07/2019

    Неорганические агенты для онкотерапии

    ​Продолжаем представлять молодых ученых - лауреатов премии мэрии Новосибирска этого года. Руководитель лаборатории биоактивных неорганических соединений Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН, кандидат химических наук Михаил Шестопалов был награжден за изучение металлокластерных комплексов в качестве агентов для медицинской диагностики и терапии онкозаболеваний.
    609
  • 24/12/2019

    Выбор РИА Новости: главные достижения российской науки 2019 года

    ​Ученые в России в нынешнем году получили знаковые результаты в самых разных областях – от астрономии до археологии, причем многие достижения имеют выходы на практическое применение. Примечательно, что существенную лепту здесь внесли не только признанные научные центры, но и ведущие отечественные вузы.
    275
  • 15/10/2018

    В Journal of the American Chemical Society опубликована статья с участием сотрудников ИНХ СО РАН

    Сотрудники Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) Павел  Абрамов и Максим Соколов приняли участие в подготовке статьи о включение полиоксометаллатов в циклодекстрины и о новых возможностях их применения в биологии и медицине.
    722
  • 22/01/2020

    Квантовая химия как способ дополнить эксперимент тонкими деталями

    ​Сотрудники Института химической кинетики и горения им. В. В. Воеводского СО РАН занимаются квантовой химией — их расчеты помогают в разработке одномолекулярных магнитов для электроники, ракетных топлив и подушек безопасности для автомобилей.
    155
  • 07/10/2016

    Новосибирские ученые изготовят блоки аэрогеля для эксперимента

    ​Специалисты Института ядерной физики СО РАН и Института катализа СО РАН изготовят блоки аэрогеля для эксперимента CLAS12 Национальной лаборатории Томаса Джефферсона (Thomas Jefferson National Accelerator Facility, США, Вирджиния).
    1610