📡Невидимый свет для интернета и медицины.

Редкоземельные металлы (европий, тербий, иттербий и их «соседи» по таблице) — главные «светящиеся» элементы для дисплеев, светодиодов, лазеров и медицинских меток. Они дают узкие «чистые» цвета, которые со временем не блекнут. Но есть подвох: сами они почти не поглощают свет. Посветить на них лампой — почти не реагируют, не светятся.

Решение нашли давно: рядом с металлом ставят органическую молекулу-антенну. Она хорошо ловит свет (как тарелка ловит сигнал спутника) и передаёт энергию металлу, который и излучает свечение. От того, какая антенна, зависит всё — цвет, яркость, на что годится молекула в итоге.

Исследователь Национального исследовательского Нижегородского государственноо университета им. Н.И.Лобачевского Светлана Константиновна Полякова сделала и испытала пять разных антенн для всего ряда редкоземельных металлов.

Главные находки:
🔢Один атом брома переключает функцию молекулы. В одной из антенн автор заменила маленькую группу СН₃ на атом брома. И то же соединение перестало светиться, но начало превращать свет в электричество — то есть превратилось в материал для солнечной батареи. Один атом разницы — две совершенно разных функции.

🔢Длинная антенна — для невидимого света. Сделав антенну побольше, Светлана Константиновна получила соединения, которые ярко светятся в инфракрасе (невидимом для глаза диапазоне). Это важно для двух вещей: для оптоволоконного интернета (по волокну как раз идёт инфракрасный свет с длиной волны около 1,5 мкм) и для медицинской визуализации (инфракрасный свет проникает сквозь кожу и ткани лучше видимого, поэтому им «просвечивают» опухоли и сосуды).

🔢Очень яркий зелёный светодиод на скандии. Соединение скандия с одной из антенн в модельном светодиоде дало ярко-зелёное свечение на уровне лучших мировых аналогов. Скандий — нетипичный материал для светодиодов, но здесь он сработал отлично.

🔢Впервые прицепили перилен к редкоземельным металлам. Перилен — крупный плоский углеводород, известный в основном как краситель. Полякова впервые присоединила его к неодиму, диспрозию и самарию. Самариевое соединение показало редкое свечение, связанное с двухвалентным самарием (обычно эти металлы трёхвалентны, а двухвалентная форма самария нестабильна и встречается редко — поэтому само получение такого свечения интересно).

🤔 Что это даёт. Готовая инструкция для разработчиков материалов: какую антенну подобрать под нужный металл и нужную задачу. Нужен ИК-маяк для оптоволокна — берёшь одну антенну. Нужен зелёный OLED для дисплея — другую. Нужна органическая солнечная батарея — третью.

🇷🇺Кому это может быть интересно в России:
«Швабе» (Ростех) и НИИ «Полюс» им. Стельмаха — крупнейшие разработчики оптоэлектроники, лазерных систем и приборов медицинской визуализации; новые ИК-светящиеся материалы на эрбии и иттербии — прямо в их повестку. Предприятия Росатома, работающие с редкими землями («Соликамский магниевый завод», «Чепецкий механический завод») — поставщики самих лантаноидов и возможные участники производственной цепочки. Институт металлоорганической химии им. Разуваева РАН (Нижний Новгород), где сделана работа, — главный партнёр для дальнейшей доводки и масштабирования технологии.

🎓Полякова Светлана Константиновна, кандидатская, 1.4.8. - Химия элементоорганических соединений, Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

#химия

Как аптечный глицин делает антикоррозийное покрытие в 13 раз прочнее

Если вы хоть раз видели оцинкованные шурупы или подкузовные детали машины — это и есть гальваническое покрытие. На сталь наносят тонкий слой металла, чтобы защитить её от коррозии. Цинк — стандартное решение, дешёвое и рабочее, но не лучшее.

Сплав цинка с никелем (Zn-Ni) защищает в разы лучше — особенно от морской воды и солевого воздуха. Поэтому такое покрытие массово используется в автопроме и авиации, где обычный цинк уже не справляется.
Проблема в том, что сделать хороший Zn-Ni сплав сложнее, чем кажется. Если просто бросить в раствор ионы цинка и никеля и пропустить ток — получится «аномальное» соосаждение: цинка отложится много, а никеля — почти нет. Это контринтуитивно: никель — более «благородный» металл, и по логике должен оседать первым. Но в реальности он почему-то «застревает в очереди».

Что происходит. При электролизе у поверхности электрода среда становится щелочной (pH растёт с 3,5 до почти 7). В щелочной среде цинк образует гидроксид Zn(OH)+, который прилипает к электроду и блокирует никель — буквально пробка из ионов цинка, не пускающая никель к поверхности.

Алина Евгеньевна Тинаева из Воронежского государственного университета предложила решение — добавить в электролит глицин (ту самую аминокислоту, которую продают в аптеке как успокоительное). И глицин работает сразу как двойной агент:
✅ Как буфер — стабилизирует pH у электрода, не даёт ему вырасти. Нет щёлочи → нет гидроксида цинка → нет пробки.
✅ Как «ловушка» для ионов металлов — связывает и цинк, и никель в комплексы (глицинаты). В таком виде они разряжаются медленнее, и покрытие растёт более равномерно и гладко.

Результат:
🔢 Содержание никеля в покрытии выросло с ~10% до ~17% — состав сплава приблизился к оптимальному.
🔢Поверхность стала заметно глаже — без шероховатости и «дендритов».
🔢 Коррозионная стойкость улучшилась в разы. В одном из режимов скорость коррозии упала с 6,6 до 0,5 мкА/см² — то есть в 13 раз медленнее.
Бонусом — автор исправила стандартную математическую модель электрокристаллизации (Шарифкера-Мостани), которая раньше не учитывала ни аномальное соосаждение, ни выделение водорода, ни адсорбцию органики. Теперь можно предсказывать состав и качество покрытия заранее, а не подбирать режим наугад.

🇷🇺Кому это может быть интересно в России:
«АвтоВАЗ», «КАМАЗ», «ГАЗ» — крупные автопроизводители, для которых Zn-Ni покрытия крепежа и подкузовных деталей — стандарт против солевой коррозии. «Северсталь», ММК, НЛМК — производители оцинкованного проката; переход на сплавные покрытия с лучшей стойкостью — естественное продолжение их продуктовой линейки. Гальванические производства при оборонных предприятиях и автозаводах — прямые пользователи нового глицинового электролита. Институт физической химии и электрохимии им. Фрумкина РАН — ведущая организация по теме и научный партнёр для масштабирования технологии.

🎓Тинаева Алина Евгеньевна, кандидатская, 1.4.6. – Электрохимия, Воронежский государственный университет.

#электрохимия

💧 Наглядно о том, зачем кипятить воду

Вначале изучаем обычную воду под микроскопом с различным увеличением и видим простейшие одноклеточные существа. И конечно, бактерии, которые весело устраивают заплывы в грязной воде. Затем кипятим воду и наблюдаем, что всё умерло. И только броуновское движение слегка колышет погибшие бактерии…

Кот Шрёдингера😺 | Мы в MAX 🇷🇺

🌳Опилки вместо нефти: красноярский катализатор делает растворители, пластик и топливо из мусора

Дерево, солома, отходы льнопроизводства — это лигноцеллюлоза: природный «бетон» из трёх компонентов. Целлюлоза и гемицеллюлозы — это сахарные цепочки (арматура), а лигнин — клей, который держит всё вместе и придаёт жёсткость.
💡Главная мысль работы: вместо того чтобы жечь эти отходы, из них можно делать ценное сырьё для химии — и при этом не качать нефть. Растения уже «бесплатно» вытянули углерод из воздуха, поэтому такое сырьё углерод-нейтральное.

Проблема в том, что лигнин — крепкий нерегулярный полимер, разобрать его на полезные молекулы трудно. Раньше это делали агрессивными кислотами (серной, соляной).

Автор использует другой подход — твёрдый катализатор-«отмычка». Это крошечные наночастицы рутения (благородного металла, ~1 нанометр) на пористой угольной подложке «Сибунит». Катализатор делает две работы сразу: кислотные центры аккуратно разрезают связи в лигнине, а металлический рутений тут же «гасит» получившиеся осколки водородом, чтобы они снова не слиплись в смолу.

❓Что получается на выходе. Из лигнина — метоксифенолы (ароматические молекулы, сырьё для ароматизаторов, антиоксидантов, смол). Из сахарной части — гликоли (этиленгликоль, пропиленгликоль — это антифриз, основа пластиков ПЭТ). И отдельно — чистая целлюлоза, почти как промышленная микрокристаллическая (та, что идёт в таблетки и пищевые добавки как наполнитель). Из одной кучи отходов — сразу три полезных потока.

Цифры впечатляют: катализатор увеличивает выход полезных молекул в 10–17 раз. А «зелёный» растворитель (ГВЛ) получается с выходом до 98% — это почти без потерь. Бонус: катализатор можно использовать много раз подряд, а не выбрасывать.

Автор показал, что точно подобрав «начинку» катализатора (сколько рутения, насколько кислая подложка, какого размера гранулы) и растворитель, можно из дешёвого растительного мусора получать дорогую химию — селективно, многократно и без агрессивных кислот. Это рабочий кирпичик для будущих заводов, которые будут перерабатывать отходы вместо нефти.

🇷🇺Кому это полезно в промышленности
В первую очередь — деревообрабатывающей и сельхозперерабатывающей промышленности (ЦБК, лесопилки, льнозаводы): то, что сейчас идёт в отвал или на сжигание, становится сырьём с добавленной стоимостью. Костра льна здесь особенно интересна — её перерабатывают в больших объёмах, а раньше восстановительное фракционирование на ней никто не делал. Дальше — химическая и нефтехимическая отрасль: метоксифенолы и гликоли сегодня в основном получают из нефти, и биомасса даёт альтернативный источник. Производители растворителей и биотоплив — прямые потребители ГВЛ. Фарма и пищепром — как покупатели чистой микрокристаллической целлюлозы и ГВЛ (он допустим в этих отраслях). И в целом — компании в повестке декарбонизации и «зелёной химии», которым важно заменить ископаемое сырьё возобновляемым.


🎓Сычев Валентин Владимирович, Кандидатская, 1.4.4. - Физическая химия, Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук

⛽️Геометрия атомов в цеолите, или сколько вы заработаете на нефти

Каждый литр бензина на заправке прошёл через каталитический крекинг на НПЗ. Тяжёлая фракция нефти на цеолитном катализаторе при 500°C расщепляется на бензин, дизель и газы для нефтехимии. Из одной тонны нефти получают около половины тонны бензина — всё благодаря катализатору.

💎Цеолит — это кристалл с правильной пористой структурой, что-то вроде губки с дырочками строго точного размера (нанометр и меньше). Длинные молекулы нефти заходят в поры, цепляются за активные центры и распадаются. Чтобы настроить катализатор под конкретную задачу, в цеолит добавляют другие элементы — цинк, фосфор, лантан. Но что именно делает добавка на атомарном уровне — долго оставалось чёрным ящиком: добавляли вслепую и смотрели на результат.
Исследователь из Омского государственного технического университета, Владислав Анатольевич Ковеза соединил эксперимент с компьютерным моделированием на уровне отдельных атомов: квантовохимически просчитал, где и как «сидит» добавленный атом и какие реакции он ускорит. Вместо переборного поиска — целевой дизайн.

Главные находки:

🔢Цинк и октановое число. Эффективность цинка определяется одной геометрической деталью — парами атомов алюминия в каркасе, разделёнными одной-двумя силикатными «перегородками». Только в таких парах цинк работает как сильный кислотный центр и «вытягивает» из нефти олефины и ароматику с высоким октановым числом. Зная геометрию, можно целенаправленно увеличивать количество «правильных» пар при синтезе. Упрощённо: правильно настроенный цинк-цеолит даёт «95-й» бензин вместо «80-го» из той же нефти.

🔢Фосфор и отходы.
Добавка 2,8% фосфора в цеолит ZSM-5 смещает баланс в сторону пропилена и бутилена (выход олефинов до 90%) и подавляет побочные реакции в 8–14 раз. Пропилен и бутилен — «золото» нефтепереработки: их пускают на алкилирование (компоненты АИ-98) и производство МТБЭ — антидетонационной присадки. Из той же тонны нефти получается больше высокооктановых компонентов.

🔢Биоспирт - помощник.
При крекинге смеси нефти со спиртом спирт не мешает, а ускоряет превращение основного сырья (снижает энергию активации на 17 кДж/моль). Длинная углеводородная молекула «прилипает» к катализатору сильнее спирта за счёт ван-дер-ваальсовых сил — того же эффекта, по которому липнут мокрые стёкла. Практически — в действующую установку можно подмешивать биоспирт из растительного сырья без потери выхода бензина.

🔢Меньше кокса — дешевле бензин. Правильно подобранные цинк- и фосфор-цеолиты дают меньше кокса при той же конверсии — катализатор живёт дольше, себестоимость литра ниже.

Российские НПЗ перерабатывают около 270 миллионов тонн нефти в год. Улучшение катализатора даже на 1% по выходу или октану — это десятки миллиардов рублей в год. И каждое такое улучшение теперь начинается не с эмпирического перебора, а с компьютерного моделирования.

🇷🇺Кому это может быть интересно в России:
«Газпром нефть», «Лукойл», «Роснефть», «Татнефть» — крупные нефтяные компании с установками FCC, потенциальные пользователи цинк-цеолитов следующего поколения. «Сибур» и «Нижнекамскнефтехим» — производители олефинов и пластиков, для которых технология «зелёного» сырья из этанола — стратегическая повестка. «Газпромнефть — Каталитические системы» (Омск) — крупнейший российский производитель FCC-катализаторов и прямой получатель методики атом-уровневого дизайна.

🎓Ковеза Владислав Анатольевич, кандидатская, 1.4.4. - Физическая химия, Омский государственный технический университет

Защита работы запланирована на 26.06.2026

Реактор-«утилизатор» для самых опасных отходов АЭС

Пока Россия готовит самый масштабный проект по переработке радиоактивного топлива, исследователь из Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук подготовил исследование по утилизации радиоактивных отходов.

Атомный реактор обычного типа — это твёрдые стержни с топливом, погружённые в воду. Но есть совсем другой тип — жидкосолевой реактор, топливо в нём не твёрдое, а растворено прямо в горячей соли. Такой реактор позволяет «дожигать» самые опасные радиоактивные отходы обычных АЭС.

❗️Представьте кастрюлю с очень горячей солёной водой при 700°C — только вместо поваренной соли там фториды лития и бериллия, а вместо воды — расплав. Именно в этой жидкости и идёт ядерная реакция.
Современные атомные станции оставляют после себя элементы (нептуний, америций, кюрий), которые сохраняют опасную активность десятки тысяч лет — это тот «хвост» отработанного топлива, который никто не знает, куда деть. Жидкосолевой реактор может загрузить их в свою «горячую соль» и превратить в гораздо менее опасные отходы. Это потенциально решает одну из главных головных болей ядерной энергетики - последствия работы ядерных реакторов.

🥄Главный технический подвох — расплавленная соль при 700°C очень агрессивна. Жаропрочный сплав, из которого сделаны стенки реактора, медленно растворяется в этой ванне — представьте металлическую ложку в кипящем крепком рассоле, только намного агрессивнее. Без защиты реактор просто не проживёт долго.
Решение давно известно концептуально: нужно поддерживать правильный «химический баланс» среды. Управляется этот баланс через уран в роли химического термостата. Уран в расплаве может существовать в двух разных формах. Меняя их соотношение, можно как ручкой регулировать, насколько среда агрессивна — сместил в одну сторону, соль стала «спокойнее», в другую — «злее».
Но чтобы реально настроить эту систему в работающем реакторе, нужны точные численные данные о том, как ведут себя в этом расплаве все ключевые металлы — никель, железо, хром (из них сделаны стенки) и сам уран. До сих пор таких данных не было: измерять что-то в раскалённом фторидном расплаве технически очень сложно.

Исследователь Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук, Степан Павлович Архипов этот пробел закрыл:
🔢 Разработал технологию приготовления чистого расплава. Это нетривиально: бериллий ядовит, фториды агрессивны, всё нужно делать в герметичных боксах с инертным газом.
🔢 Сделал работающие измерительные зонды для горячей соли. По сути — готовый прибор мониторинга для будущего реактора.
🔢 Впервые измерил поведение никеля, железа, хрома и урана в этом расплаве при рабочих температурах. Составил «иерархию металлов» — таблицу, по которой инженер сразу видит, кто кого в этой химической среде «вытесняет».
🔢 Определил конкретные настройки баланса, при которых популярные жаропрочные сплавы (Inconel, Hastelloy N) не будут «таять» в расплаве.

Бонусом — 6 патентов на оборудование и методики. Это уже не лабораторные гепотезы, а готовая база, на которой можно строить промышленную технологию. 👏

🇷🇺Кому это может быть интересно в России:
«Росатом» — главный заказчик такой технологии. В частности: Курчатовский институт (головная организация по реакторам нового поколения), НИКИЭТ им. Доллежаля (конструкторское бюро жидкосолевых реакторов, было ведущей организацией работы), ВНИИНМ им. Бочвара (материалы для ядерной техники) и ГНЦ НИИАР в Димитровграде (исследовательский центр с программой по этим реакторам) — прямые получатели результатов. ФГУП ПО «Маяк» — потенциальный пользователь технологии «дожигания» долгоживущих отходов, которая может разгрузить хранилища отработанного топлива. ИВТЭ УрО РАН (Екатеринбург), где работа выполнена, — научный партнёр для масштабирования.

🎓Архипов Степан Павлович, Кандидатская, 2.6.9. - Технология электрохимических процессов и защита от коррозии, Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук

🌱Зелёная химия для масел, БАДов и фармы

Обычно полезные вещества из растений извлекают с помощью органических растворителей — этанола, гексана, ацетона и других. Но после экстракции их приходится удалять из продукта, а сам процесс не всегда экологичен.
Поэтому всё чаще используют сверхкритический CO₂.

👆При высоком давлении углекислый газ приобретает свойства и газа, и жидкости одновременно: легко проникает внутрь растительного сырья и эффективно растворяет нужные вещества. После процесса давление снижают — CO₂ снова становится газом и полностью отделяется от экстракта.
Но есть сложность: даже небольшое изменение температуры или давления может сильно изменить состав получаемого продукта.

🥽Аслан Мурадалиевич из Дагенстанского федералььного исследовательского центра РАН исследовал, как параметры процесса влияют на экстракцию различных растений, и создал модели, которые позволяют заранее подобрать оптимальные условия.

Это помогает получать именно те вещества, которые нужны, без длительного подбора «методом проб и ошибок».

🇷🇺Работа особенно интересна производителям эфирных масел, растительных экстрактов, БАДов, косметики, фитопрепаратов и пищевых ингредиентов.
Новые модели позволяют быстрее разрабатывать технологии экстракции, экономить сырьё, повышать выход ценных компонентов и получать более стабильное качество продукции. А ещё — уменьшать использование органических растворителей, делая производство экологичнее.

🎓АЛИЕВ АСЛАН МУРАДАЛИЕВИЧ, кандидатская, 1.4.4. Физическая химия, Дагестанский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

#физическая_химия