Новости химической науки > Химики получили «невозможный» материал

При образовании химических соединений атомы объединяются друг с другом таким образом, чтобы соблюдались определенные правила валентности и природы химических связей, поэтому ряд соединений, формулы которых можно написать на бумаге, просто не существуют.

Тем не менее, в некоторых соединениях чередование химических связей не противоречит правилам валентности, но эти соединения все равно считаются несуществующими – они обладают низкой устойчивостью. Такие соединения называют «невозможными соединениями», хотя некоторые типы этих невозможных соединений уже были получены на практике (например, графен когда-то считали невозможным соединением).

Международная группа исследователей получила еще одно невозможное соединение – мезопористый гидратированный оксид кремния периодического строения. Новый материал может приобретать фотолюминесцентные свойства при высоких температурах.

Химики получили невозможное соединение – мезопористый гидратированный оксид кремния периодического строения. При температуре выше 300°C, материал превращается в нанокомпозитный материал, в составе которого имеются фотолюминесцентные нанокристаллиты. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2011, 133 (13), 5094)

Как и у графена, кристаллическая решетка мезопористого гидратированного оксида кремния периодического строения (мезо-HSiO_1.5) похожа на соты (правда в отличие от графена – не двух-, а трехмерные). Теоретически соединение с такой структурой не должно быть термодинамически стабильным, поскольку мезопоры должны немедленно после удаления шаблона, при помощи которого происходит синтез мезопористого материала, коллапсировать с образованием более плотной формы HSiO_1.5.

Исследователи синтезировали новый мезопористый материал на шаблоне, который в воде является твердым кислотным катализатором. При удалении шаблона было обнаружено, что полученная мезопористая структура остается стабильной до 300°C. Исследователи объясняют необычную устойчивость мезопористого HSiO_1.5 стерическими эффектами и влиянием водородного связывания, которые, действуя однонаправленно, увеличивают сопротивляемость мезопор к коллапсу после удаления шаблона.

Было обнаружено, что при нагревании выше 300°C мезопористый материал подвергается метаморфической трансформации, которая приводит к образованию композитного материала кремний/оксид кремния, в котором имеются нанокристаллы кремния, способные к проявлению яркой фотолюминесценции. Поскольку нанокомпозитный материал, полученный после нагревания, сохраняет свою периодическую структуру, нанокристаллы кремния равномерно распределены в материале. Исследователи полагают, что появление фотолюминесценции обусловлено эффектами квантовой локализации внутри нанокристаллов кремния.

Оказалось, что можно осуществлять контроль фотолюминесцентных свойств нанокристаллов кремния, изменяя способ термической обработки исходного мезо- HSiO_1.5. Предполагается, что такая возможность позволит разработать новые светоизлучающие диоды, системы преобразования солнечной энергии в электрическую и биологические сенсоры.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2011, 133 (13), 5094; DOI: 10.1021/ja111495x

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #физическая химия, #химия поверхности