Ученые из Сибирского федерального университета разработали новые поликристаллические соединения, имеющие структуру апатита.
Апатиты – это минералы, которые иногда трудно отличить от бериллов и турмалинов из-за их внешнего сходства. Кроме того, апатит давно известен как важный неорганический компонент костной ткани и зубов у животных (и, разумеется, у человека). Природные апатиты характеризуются разнообразным химическим составом, однако их обычно объединяют в одну группу материалов, известные как «материалы со структурой апатита».
Химики СФУ получили и охарактеризовали соединение, которое имеет сложную формулу Pb 10 – xLax(GeO4) 2 + x(VO4)4 – x (x = 0, 1, 3). В его состав входят свинец и лантан — распространенный на нашей планете элемент, представляющий собой серебристо-белый металл с сероватой окисной пленкой и средней температурой плавления.
С использованием метода твердофазного синтеза ученые СФУ получили новое соединение. После этого была измерена теплоемкость полученных поликристаллических образцов, что позволило рассчитать термодинамические характеристики ванадатогерманатов свинца-лантана. Первоначальные результаты исследования опубликованы в журнале Inorganic Materials. Авторы полагают, что эти соединения будут широко использоваться в природоохранной деятельности, биотехнологии и медицине.
«Повышенный интерес к новым соединениям, имеющим структуру апатита, в особенности к ванадатогерманатам свинца, обусловлен широким спектром их потенциальных применений. Эти соединения находят применение в качестве лазерных и флуоресцентных материалов, а также используются в медицине в качестве биоматериалов, совместимых с костной тканью.
Эти соединения находят применение в энергетике, где выступают в роли ионных проводников, и в нефтепереработке, где действуют как катализаторы. Значительную роль они играют и в сфере охраны окружающей среды, поскольку являются эффективными сорбентами для экологически опасных и радиоактивных веществ. По словам заведующей кафедрой физической и неорганической химии СФУ Любови Денисовой, «апатитоподобные» соединения обладают интересной особенностью: некоторые их элементы могут быть заменены другими ионами.
Автор исследования отметила, что частичная замена ионов в структуре апатита, такая как замена ионов двухвалентных металлов на ионы редкоземельных элементов, позволяет получить люминесцентные и лазерные материалы. Если, например, заменить свинец в соединении Pb 5(GeO4)(VO4)2 на лантаноиды, получатся соединения с общей формулой Pb10 – xLnx(GeO4)2 + x(VO4)4 – x (x = 0 – 3), которые потенциально применимы в качестве новых люминофоров.
В настоящее время люминофоры активно используются для производства телевизоров с улучшенным качеством изображения, имитирующим реальность, а также для повышения характеристик дисплеев смартфонов и планшетов.
«Работа была проведена при финансовой поддержке, полученной в рамках Государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации на 2017–2019 годы. В ближайшее время планируется синтез новых апатитов, не содержащих редкоземельные элементы. Извлечение редкоземельных металлов из рудных соединений – сложный и энергоемкий процесс. Мы уверены, что по своим характеристикам новые апатиты не будут уступать уже известным.