Российские и китайские ученые выявили большое количество ранее неизвестных наночастиц и разработали метод управления их составом и характеристиками.
Наночастицы могут найти широкое применение благодаря полученным результатам. Информация об исследовании размещена в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.
В силу своих особенностей, химический состав и свойства микрообъектов, например наночастиц, могут существенно различаться от таковых у макрообъектов, таких как кристаллы или стекло).
Разнообразие характеристик, проявляемых даже одним и тем же материалом, таким как оксид кремния, в зависимости от размера наночастиц, и возможность управления этими характеристиками, определяют суть нанотехнологий.
Изучение структуры и состава наночастиц, как в экспериментальных, так и в теоретических исследованиях, сопряжено со значительными сложностями.
С помощью эволюционного алгоритма USPEX, созданного профессором Артемом Огановым из Сколтеха и МФТИ, ученые из Китая и России провели исследование большого количества составов наночастиц. В работе рассматривались два класса наночастиц, представляющих интерес для катализа: железо-кислородные и церий-кислородные.
Замечен эффект, связанный с так называемыми магическими наночастицами – частицами с повышенной стабильностью, которые могут демонстрировать нетипичные химические составы (например, Fe6O4, Fe2O6, Fe4O13, Ce5O6, Ce3O12). Ученые смогли определить, что состав этих наночастиц можно изменять, воздействуя на параметры среды, такие как температура или парциальное давление кислорода.
«Необычные структуры у кристаллов обычно возникают при нестандартных условиях, тогда как у наночастиц аномальные составы, такие как Si4O18 или Ce3O12, могут встречаться даже при стандартных условиях. Об этом сообщает первый автор исследования, доцент Технологического университета провинции Шаньси (Китай) Сяоху Ю, который несколько лет работал в Москве в лаборатории профессора Оганова в МФТИ.
«Нам было неожиданно обнаружить, что наночастицы обладают такими же хребтами и островами стабильности, а также «морями нестабильности», которые ранее были описаны для атомных ядер.
И атомные ядра, и наночастицы могут быть представлены как кластеры, включающие два вида частиц: в случае наночастиц – например, железо и кислород, а в случае атомных ядер – протоны и нейтроны).
Создание карты, где осями являются количества атомов каждого сорта в кластере, позволит увидеть, что большинство стабильных кластеров формируют узкие области стабильности, однако будут присутствовать и весьма интересные с химической точки зрения участки стабильности».
Стабильные наночастицы, возможно, служат базовыми строительными блоками при формировании кристаллов — этот вопрос всегда привлекал мое внимание. Тема «островов стабильности» связана с выдающимся трудом академиков Флерова и Оганесяна, с которыми я в детстве мечтал сотрудничать, — поделился профессор Сколтеха и МФТИ Артем Оганов.