В ходе исследований российско-китайские учёные выявили большое количество ранее неизвестных наночастиц и разработали метод управления их составом и характеристиками.
Новые возможности для широкого применения наночастиц выявил данный анализ. Результаты представлены в журнале. Physical Chemistry Chemical Physics.
Химические особенности и свойства микроскопических тел, например, наночастиц, могут существенно различаться с характеристиками макроскопических объектов, таких как кристаллы или стекла.
Разнообразие качеств такого же вроде бы материала, как оксид кремния, состоящего из наночастиц разных размеров, и способность управлять этими качествами — суть нанотехнологий.
Изучение строения и состава наночастиц, как в экспериментальной, так и в теоретической областях, сталкивается с серьёзными трудностями.
В ходе исследования учёные из Китая и России применили эволюционный алгоритм USPEX к изучению широкого спектра составов наночастиц. Вниманию исследователей были отданы два класса наночастиц, важных для катализа: железо-кислородные и церий-кислородные.
Обнаружен эффект повышенной стабильности у наночастиц с неожиданными химическими составами (например, Fe6O4, Fe2O6, Fe4O13, Ce5O6, Ce3O12). Ученые показали возможность регулирования состава таких наночастиц при изменении температуры или парциального давления кислорода.
Когда кристаллы имеют неожиданные структуры, то это обычно происходит при необычных условиях. У наночастиц же необычные составы могут встречаться и при нормальных условиях, например Si4O18 или Ce3O12, — рассказывает первый автор исследования, доцент Технологического университета провинции Шаньси (Китай) Сяоху Ю, который несколько лет проработал в Москве в лаборатории профессора Оганова в МФТИ.
Во время исследования оказалось, что у наночастиц также присутствуют аналогичные хребты, острова стабильности и «моря нестабильности», как в атомных ядрах.
Ядро атома и наночастицы являются кластерами, формирующимися из двух видов частиц.
Построение карты, где осями служат числа атомов каждого сорта в кластере, покажет, что большинство устойчивых кластеров образуют узкие «хребты устойчивости», но будут и «острова устойчивости» с необычными для химии свойствами.
Возможно, стабильные наночастицы служат фундаментальными элементами при формировании кристаллов. Этот вопрос интересовал меня с юности. «Острова стабильности» — тема значительной работы академиков Флерова и Оганесяна, с которыми я в детстве мечтал сотрудничать», — поделился профессор Сколтеха и МФТИ Артем Оганов.
