​Российские ученые построили теоретическую модель, которая может предсказывать создание новых искусственных минералов – цеолитов. Этот особый класс веществ используют в быту и в промышленности в качестве фильтров, а также в нефтехимии в качестве ускорителей реакций. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemistry of Materials. Исследования поддержаны грантом грантом Российского научного фонда (РНФ).

Минералы группы цеолитов работают как природные губки с микроскопическими порами, размеры которых сравнимы с размерами небольших молекул, поэтому их еще часто называют «молекулярное сито». Цеолиты способны впитывать и вновь отдавать воду и другие вещества. Необычные свойства этих минералов стали известны еще в XVIII веке, с тех пор ученые обнаружили около 40 представителей группы цеолитов и нашли им применение в быту и промышленности. Например, цеолиты содержатся в бытовых фильтрах для очистки воды. Новые приложения и технологии требуют создания новых таких минералов: сегодня существует уже больше 200 искусственных видов. Авторы исследования построили теоретическую модель, которая прогнозирует состав и строение новых, еще не созданных цеолитов. Ранее материалы и методы для их создания подбирались фактически наугад.

«На получение новых цеолитов, обладающих заданными полезными свойствами, затрачиваются огромные усилия лабораторий по всему миру. Многие научные центры занимаются исключительно разработкой новых цеолитоподобных материалов. Однако цеолиты – очень сложный для синтеза класс веществ. До сих пор не существует теоретических методов, которые могли бы с высокой точностью прогнозировать условия синтеза и необходимые материалы. Поэтому в год во всем мире синтезируют не более пяти-семи новых цеолитов», — рассказал один из авторов исследования, Владислав Блатов, директор Межвузовского научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ) при Самарском национальном исследовательском университете имени академика С.П. Королева.

Ранее исследователи предложили новый математический метод представления структур пористых веществ и разработали компьютерный алгоритм, который может моделировать сборку каркаса цеолита по принципу конструктора LEGO. В новом исследовании авторы использовали свои разработки для прогнозирования возможности и условий синтеза цеолитов. Исследователи проанализировали огромное количество (более 300 тысяч) так называемых гипотетических цеолитов: их структура считалась возможной, но ученые так и не смогли их получить.

«Мы показали, что подавляющее число этих «кандидатов» нежизнеспособно: их нельзя быстро и легко собрать из подходящих строительных единиц. А природа любит простоту», — добавил ученый.

С помощью созданного компьютерного алгоритма авторы отобрали 49 наиболее перспективных для синтеза цеолитов и указали, какие именно компоненты нужно включить в состав реакции, чтобы их получить. В модели, предложенной учеными, впервые учитывается не только энергетическая стабильность вещества, но и удобство сборки его кристаллической структуры из «строительных единиц» (в качестве таких «кирпичиков» могут выступать различные сложные соединения кремния, алюминия, фосфора и других элементов).

Авторы надеются, что их теоретическая разработка приведет к существенному ускорению и удешевлению синтеза новых пористых материалов. В дальнейшем ученые планируют продолжать развитие исследования как в теоретическом, так и в практическом направлениях. Исследователи уже начали сотрудничество с коллегами-экспериментаторами, которые будут пытаться создать искусственный цеолит на основе теоретического прогноза. Также в планах ученых – создание компьютерной программы, которая будет выдавать все возможные варианты сборки новых цеолитов из заданных строительных единиц. Это позволит расширить список «гипотетических» цеолитов.

Похожие новости

  • 14/03/2018

    Физики помогут нефтяникам добывать больше углеводородов

    ​Российские ученые в составе международной группы разработали алгоритм для расчета проницаемости горных пород по их 3D-изображениям. Программа поможет нефтяникам выбирать наиболее эффективные схемы разработки месторождений.
    366
  • 12/07/2017

    Робота-врача для военных создадут томские медики и инженеры​

    Ученые из НИИ кардиологии Томского национального исследовательского медицинского центра и Томского политехнического университета (ТПУ) планируют создать мобильного робота, который сможет оказывать первую медицинскую помощь пострадавшим в местах военных действий и ЧС.
    751
  • 07/05/2018

    Российские химики научились печатать на струйном принтере голограммы нового типа

    ​Российские химики впервые в мире научились печатать scratch holograms («нацарапанные голограммы»). Этот тип голограмм удобно считывать с любого ракурса. Создатели технологии предлагают наносить такие изображения на этикетку как уникальный код, подтверждающий подлинность изделия.
    273
  • 24/09/2018

    Томские ученые придумали «утюжок» для лесного пожара

    ​На территории Томской области периодически возникает до 50 очагов природных пожаров. Ничего лучше, чем вода, для борьбы с ними не придумали, но теплофизики Томского политехнического университета (ТПУ) рассчитали: традиционное метание "водяной бомбы" с самолета малоэффективно.
    129
  • 30/03/2017

    ТУСУР завершает работу по созданию интеллектуальных покрытий для космических аппаратов

    В лаборатории радиационного и комического материаловедения ТУСУРа завершаются работы по созданию интеллектуальных отражающих покрытий на основе соединений титаната бария, нанесённых детонационным методом.
    759
  • 21/08/2018

    Создан высокочувствительный фотодетектор толщиной в атом

    Ученые создали фотодетекторы на основе графена, которые потребляют мало энергии и не нуждаются в охлаждении. Они могут использоваться при создании портативных матриц высокого разрешения, составляющих основу современных фото- и видеокамер.
    176
  • 18/06/2018

    Сибирские ученые превратили сельхозотходы в уникальную наноцеллюлозу

    Сотрудники Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН) разработали новый дешевый способ получить важный для промышленности материал – бактериальную наноцеллюлозу.
    347
  • 11/08/2018

    Ученые разработали инфракрасную горелку, которая обогреет сибирские дома

    ​Благодаря новому интерметаллическому сплаву из никелия и алюминия усовершенствованная российскими учеными инфракрасная горелка на испытаниях показала себя экологичной и высокоэффективной. Сегодня ученые работают над созданием перспективных водонагревательных котлов на основе своей горелки, которые очень актуальны для частных домов в Сибири и на Дальнем Востоке.
    437
  • 23/07/2018

    Магнитные нанодиски улучшат качество томографии

    Ученые России и США разработали магнитные наноструктуры, регистрируемые индукционными методами с рекордной чувствительностью в организме лабораторных животных in vivo.  Полученные магнитные микродиски позволят увеличить чувствительность и информативность различных методов визуализации органов и тканей, таких как магнитно-резонансная томография, MPQ и MPI (magnetic particle imaging).
    246
  • 21/02/2017

    Разработки ТПУ для имплантологии выходят на стадию клинических испытаний

    ​Биодеградируемые имплантаты Томского политехнического университета выходят на стадию клинических испытаний. Как сообщают ученые ТПУ, на стадии доклинических исследований эффективность томских изделий уже доказана, и сегодня некоторые биоразлагаемые имплантаты Томского политеха сегодня частично используются в медицинской практике в одном из ведущих ортопедических центров России - Центре Илизарова.
    1489