Российские ученые провели комплексный анализ редкого природного фосфида никеля — халамишита. Исследование открывает перспективы для применения синтетического аналога минерала в аккумуляторах и каталитических реакциях для получения водорода. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в одном из ведущих журналов по физике конденсированных состояний Materials Chemistry and Physics.
Природный фосфид халамишит был открыт около десяти лет назад сотрудниками Санкт-Петербургского государственного университета на Ближнем Востоке. Он встречается в ассоциации с самородным железом, отличается хорошей кристаллизованностью и достигает размеров до 0,1 мм. Несколько лет назад во время экспедиции в Иорданию авторам работы удалось обнаружить относительно крупные его кристаллы. Такая находка позволила провести всесторонний анализ, практически невозможный при работе с искусственным аналогом, размеры кристаллов которого обычно менее 0,001 мм и представляют собой сложные смеси.
Специалисты изучили образцы с помощью современных методов: оптической и электронной микроскопии, микрозондового анализа, дифракции обратнорассеянных электронов, Рамановской спектроскопии и монокристального рентгеноструктурного анализа. Интерпретация полученных экспериментальных данных была проведена на основании результатов квантово-химических расчетов, выполненных сотрудниками Новосибирского государственного университета.
«Мы изучили спектры комбинационного рассеяния халамишита и изменение его кристаллической структуры в широком диапазоне температур: от -110 до +400 °С. Помимо этого, мы исследовали вариации химического состава этого соединения и других ассоциирующих с ним фосфидов», — объяснил доцент кафедры минералогии Санкт-Петербургского государственного университета Олег Верещагин.
По его словам, научной группе впервые удалось получить спектры комбинационного рассеяния для этого соединения и продемонстрировать принципиальную возможность регистрации подобных спектров у богатых металлом фосфидов. Это открытие имеет особое значение для промышленности, поскольку позволяет быстро и точно идентифицировать подобные вещества в сложных смесях. Кроме того, полученные результаты позволяют утверждать, что метод рамановской спектроскопии может быть перспективным для экспресс-диагностики подобных материалов.
Как отмечает Олег Верещагин, эксперименты, проведенные при экстремально низких и высоких температурах, позволили детально изучить процесс трансформации структуры образца и установить пределы его термической стабильности. Эти данные могут найти применение в катализе и так называемой «зеленой» химии, направленной на снижение экологического вреда и уменьшение вредных веществ при проведении исследований.
«Наша работа демонстрирует, что изучение природных соединений может иметь большое значение для физики и материаловедения. Так, в естественной среде они часто формируются в условиях, которых невозможно достичь при создании аналога в лаборатории. Именно подробный анализ естественных образцов позволяет получить детальную информацию о соединениях, представляющих научный и практический интерес», — сказал ученый Санкт-Петербургского университета.
Химический анализ природных образцов выявил еще одну особенность, ранее не зафиксированную специалистами. В составе изучаемого соединения присутствовали значительные примеси железа и кобальта. Это свидетельствует о возможности создания на основе фосфида никеля целого семейства родственных материалов с регулируемыми свойствами.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
