Энергетика

Нобелевскую премию по химии 2025 года получили профессора Сусуму Китагава, Ричард Робсон и Омар М. Яги за разработку металлоорганических каркасных структур (metal-organic frameworks, MOF). В этом направлении работает множество лабораторий в мире, в том числе и у нас. Прокомментировать премию 2025 года мы попросили академика Ю.Г. Горбунову, вице-президента Российского химического общества имени Д.И. Менделеева, которая работает в этой области.

Так называется научно-популярная книга выдающегося ученого-химика профессора Олега Юрьевича Охлобыстина (1932–1994), репринтное переиздание которой выпустило издательство URSS. Предыдущее издание вышло в 1989 году и исчезло с полок книжных магазинов в течение недели — в 80-е годы добротная научно-популярная литература пользовалась повышенным спросом. Однако переиздание книги требует комментариев: за прошедшие годы многое изменилось не только в нашей жизни, но и в науке, но автор уже не смог откликнуться на эти перемены.

Этот год для «Химии и жизни» особый. Шестьдесят лет назад вышел первый номер нашего журнала. Он появился на волне химизации, когда в СССР было принято решение строить Большую химию. Главным идеологом и организатором этого строительства стал Леонид Аркадьевич Костандов, которому в этом году исполнилось бы 110 лет. Вот такой двойной юбилей, и каждый нам очень дорог.

Вода обладает необычными свойствами, которые делают ее уникальным веществом и определяют ее особое поведение при различных температурах и давлениях. Известные модели пока не могут полностью воспроизвести такие свойства воды, как плохую сжимаемость и высокую теплоемкость. Одна из проблем, которую пытаются разрешить исследователи — это количественное описание фазового перехода между двумя жидкими формами воды при переохлаждении, то есть при понижении температуры ниже точки замерзания. Недавно испанские ученые разработали теоретическую квантовую модель, которая впервые количественно воспроизводит поведение жидкой воды практически при всех температурах и давлениях, встречающихся на нашей планете. В основе модели лежат анализ движения и взаимодействия молекул, при которых они обмениваются электронами.

Попытки использовать энергию человека для питания электричеством какие-то навешанные на него приборы, прежде всего медицинские, предпринимают нередко. Вот очередная. На сей раз она состоит в использовании человеческого тела для выработки электричества в прямом смысле слова: для работы генератора нужна соленая вода и кислород, а они оба есть в крови.

Археологам редко приходится иметь дело с мягкими тканям: при раскопках им все больше достаются твердые кости. Однако изредка природа преподносит подарки, например череп с окаменевшим мозгом внутри. И никаких следов иных мягких тканей, они со временем исчезают бесследно. Чем же мозг так отличается от всего остального, что он способен сохраняться тысячелетиями, и какие механизмы в этом помогают? Эту загадку решали гео- и биохимики из Оксфорда.

Ответ кажется очевидным — в кожице ягоды много антоцианов, они и придают такой цвет. Однако этот ответ неверен: пигмент в ягодах красный, это видно по цвету сока. А синими они становятся благодаря наноструктурам в воске, покрывающем ягоды. Устройство соответствующих наноструктур изучили британские ученые из Бристольского университета.

Как это ни странно, до сих пор нет ясного представления о механизме формирования самородков драгоценных металлов. Структура самородков говорит сама за себя: они зарождаются в толще земли при большой температуре. Но как? Ученые полагают, что, вероятно, золото выпадает из горячих подземных водных флюидов, а в процессе участвуют еще и флюиды СО₂, меняющие температуру и давление. В общем процесс сложный, но и вызывает сомнения, все-таки обилие самородков не вяжется с медленным выпадением металла из разбавленных растворов. Австралийские геохимики провели изящный эксперимент, способный раскрыть эту тайну.

Адепты водородной энергетики не устают искать менее опасные способы хранения водорода. Одна из свежих идей — использовать аммиак, точнее его водный раствор, фактически крепкий нашатырный спирт. Но чтобы извлечь водород из аммиака, нужен нагрев и катализатор. Исследователи из гуанчжоуского Университета им. Сунь Ятсена нашли оригинальный способ.

Что лежит в пластиковой коробочке для еды? Профан скажет: еда. Но химика такой ответ не устроит; он постарается посмотреть в глубь самой коробочки и понять, что же именно содержится в материале, из которой она изготовлена. Интерес этот непраздный. Ведь в любой полимер введены вещества, улучшающие технологические свойства. Большинство из них с полимерным скелетом не связаны. Значит, они могут покидать стенки коробочки и попадать… Да-да, на содержащуюся в ней еду. И что дальше? Ответить на этот вопрос попытались исследователи из Норвежского института науки и технологии.

Обычно научные статьи сопровождают графики, картинки, фотографии. Изредка видео. И уж совсем редко ученые прибегают к звуковому сопровождению. А исследователи из Иллинойского университета решили обратить в звук процесс формирования водородных связей при сворачивании молекулы белка.

На циклотроне Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли ищут неизвестные ядра. Интенсивный ионный пучок при его падении на мишень с трансурановыми элементами дает возможность выбить из нее элементы с номерами более 114. Синтезированные сверхтяжелые ионы, которые вылетают из мишени, разделяют в электромагнитном сепараторе и детектируют. После запуска нового шведского детектора элементов, состоящего из 14 кремниевых пластин, экспериментаторам удалось обнаружить две цепочки распадов ядер ливермория (116 протонов). С этого года начнется длительная серия по синтезу нового элемента с номером 120, которая может занять несколько лет.

Ученые выяснили, что сильно анизотропные кристаллы InSeI нанометровой длины в зависимости от температуры меняют свой цвет от желтого к оранжевому. Явление связано с линейной температурной зависимостью длины волны света, соответствующей границе полосы поглощения InSeI. Это позволяет откалибровать кристалл так, чтобы дистанционно измерять его температуру оптическими методами. Эти наносенсоры не менее чем на порядок чувствительней любых других. Они нужны многим потребителям, в том числе для научных исследований и промышленности. К примеру, они смогут измерять температуру электронных приборов и разных компонентов компьютерной техники.

Диоксид циркония в виде тонких пленок или наночастиц перспективен для транзисторов и мемристоров, а также устройств энергонезависимой памяти нового поколения. Он хорошо совместим с кремнием, который составляет основу современной электроники. Российские ученые разработали новую промышленную методику синтеза при комнатной температуре оксида циркония со стабильной тетрафазой. Наночастицы диоксида получают в плазме аргона с кислородом при давлении на порядки меньшем атмосферного. Ученые исследовали фазовый состав частиц и эффект резистивного переключения между двумя состояниями материала.

Каждый год лучи Солнца доставляют на Землю энергию на три порядка превышающую потребности человечества. Пока на мировом рынке доминируют кремниевые солнечные батареи, однако их эффективность ограничена. Физики придумали, как повысить эффективность солнечных элементов из гидрогенизированного кремния с помощью пленки тетрацена. Его ненасыщенные химические связи с флуктуирующей энергией, которые возникают на границе пленки с подложкой, резко ускоряют перенос экситонов через этот раздел. Расчеты на суперкомпьютере показали высокую эффективность таких элементов.

Сканирующий туннельный микроскоп c движущейся иглой можно использовать для химической модификации отдельных молекул. Исследователи научилась синтезировать радикалы с двумя неспаренными электронами и стереоизомеры дигидроазулена на поверхности гексабромзамещенного тринафтопропеллана, осажденного на подложки серебра. Режимы образования двух стереоизомеров и радикала регулирует ток через острие. Чтобы продемонстрировать воспроизводимость и управляемость структурной изомеризации, ученые нанесли на поверхность соединения закодированную фразу. Изомеризация нужна для создания углеродных наноструктур, получения новых квантовых материалов и магнитных молекул.