Исследователи из Сибирского федерального университета получили новые поликристаллические соединения со структурой апатита.
Апатиты — ископаемые минералы, порой сбивающие с толку своим сходством с бериллами и турмалином. Также апатит с давних пор известен как основной неорганический компонент костей и зубов животных (и, конечно, человека). Все апатиты, встречающиеся в природе, обладают различным химическим составом, но их принято относить к одной группе материалов, которые называют «материалами со структурой апатита».
Соединение, полученное и охарактеризованное химиками СФУ, описывается сложной на первый взгляд формулой Pb10 – xLax(GeO4) 2 + x(VO4)4 – x (x = 0, 1, 3). Фактически в его состав входит свинец и не менее обычный на нашей планете элемент лантан — серебристо-белый, покрытый сероватой окисной пленкой металл со средней температурой плавления.
Химики СФУ получили новое соединение методом твердофазного синтеза. Затем измерили теплоемкость этих поликристаллических образцов и рассчитали термодинамические свойства получившихся ванадатогерманатов свинца-лантана. Первоначальные результаты исследования опубликованы в журнале Inorganic Materials. По мнению авторов, эти соединения найдут широкое применение в природоохранной, биотехнологической и медицинской областях.
«Интерес к новым соединениям со структурой апатита, в частности к ванадатогерманатам свинца, связан с огромными возможностями их применения. Такие соединения используют в качестве лазерных и флуоресцентных материалов, применяют в медицине как совместимые с костной тканью биоматериалы.
Можно использовать их в энергетике (в качестве ионных проводников) и нефтепереработке (выступают катализаторами). Особое значение эти соединения приобретают в области охраны окружающей среды — это эффективные сорбенты экологически вредных и радиоактивных веществ. Интересная особенность «апатитоподобных» соединений в том, что некоторые их элементы можно заместить другими ионами», — рассказала заведующая кафедрой физической и неорганической химии СФУ Любовь Денисова.
Автор исследования уточнила, что если частично заменить в структуре апатита некоторые ионы — например, ионы двухвалентных металлов на ионы редкоземельных элементов, — то можно получить люминесцентные (светящиеся) и лазерные материалы. Если, например, заменить свинец в соединении Pb5(GeO4)(VO4)2 на лантаноиды, получатся соединения с общей формулой Pb10 – xLnx(GeO4)2 + x(VO4)4 – x (x = 0 – 3), которые могут применяться как новые люминофоры.
Люминофоры уже сейчас широко применяются для выпуска телевизоров с улучшенной, «сверхреалистичной» передачей изображения, также с их помощью можно «прокачать» экраны смартфонов и планшетов.
«Исследование выполнено при финансовой поддержке работ, выполняемых в рамках Государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации на 2017–2019 годы. Мы рассчитываем, что в ближайшее время синтезируем новые апатиты, не содержащие редкоземельные элементы. Ведь извлекать редкоземельные металлы из рудных соединений — нелегкая энергозатратная работа. И мы уверены, что по свойствам новые апатиты не будут уступать известным», — уточнила Любовь Денисова.
