Геологи и физики из Санкт-Петербургского университета совместно с исследователями из Новосибирска провели всесторонний анализ редкого природного фосфида никеля, известного как халамишит. Полученные данные указывают на возможность использования синтетического аналога этого минерала в каталитических процессах, направленных на производство водорода, и для разработки аккумуляторов. Работа была поддержана грантом РНФ, появились в одном из авторитетных периодических изданий, посвященных физике конденсированных сред — Materials Chemistry and Physics.
Халамишит был впервые описан примерно десять лет назад на Ближнем Востоке исследователями из Санкт-Петербургского университета. Этот минерал обнаруживается в ассоциации с природным железом, характеризуется хорошей кристаллической структурой и может достигать 0,1 мм в размере. Несколько лет назад, в ходе экспедиции в Иорданию, авторам удалось найти относительно крупные кристаллы данного фосфида. Эта находка предоставила возможность провести детальный анализ, который был бы затруднителен при работе с искусственно выращенными образцами, кристаллы которых обычно имеют размеры менее 0,001 мм и являются сложными сплавами.
Сотрудники СПбГУ провели исследование образцов, используя передовые методы, такие как оптическая и электронная микроскопия, микрозондовый анализ, дифракция обратно рассеянных электронов, рамановская спектроскопия и монокристальный рентгеноструктурный анализ. Полученные экспериментальные данные были проанализированы на основе результатов квантово-химических расчетов, выполненных специалистами Новосибирского государственного университета.
«В рамках исследования были проанализированы спектры комбинационного рассеяния халамишита и изменения, происходящие с его кристаллической структурой при температурах от −110 до +400 °С. Также было проведено изучение изменений химического состава этого соединения и других связанных с ним фосфидов», — рассказал доцент кафедры минералогии СПбГУ Олег Верещагин.
По словам исследователя, научной группе впервые удалось получить спектры комбинационного рассеяния для данного соединения и подтвердить возможность регистрации подобных спектров для фосфидов, содержащих металлы. Это открытие представляет значительный интерес для промышленности, так как позволяет оперативно и с высокой точностью идентифицировать подобные вещества даже в сложных композициях. Помимо этого, полученные данные указывают на потенциальную применимость метода рамановской спектроскопии для быстрой диагностики таких материалов.
По словам Олега Верещагина, исследования, выполненные при очень низких и высоких температурах, предоставили возможность подробно проанализировать изменение структуры материала и определить границы его устойчивости к нагреву. Полученные сведения применимы для регулирования скорости химических процессов и для развития области экологически безопасной химии, целью которой является минимизация негативного воздействия на окружающую среду и сокращение количества образующихся отходов в ходе экспериментов.
«Проведенная нами работа показывает, что исследование природных соединений может быть весьма полезным для физики и материаловедения. Дело в том, что в естественной среде они нередко формируются в условиях, недостижимых при синтезе аналогов в лабораторных условиях. Именно тщательное изучение природных образцов позволяет получить исчерпывающие сведения о соединениях, представляющих интерес с научной и практической точек зрения», — отметил ученый из Санкт-Петербургского университета.
В ходе химического анализа природных образцов была обнаружена новая особенность, которую ранее не отмечали эксперты: в их составе присутствуют существенные примеси железа и кобальта. Это указывает на перспективность разработки на основе фосфида никеля ряда связанных материалов с возможностью управления их характеристиками.
В исследовании использовалась инфраструктура Научного парка СПбГУ.
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ