В МГУ открыли неожиданную трансформацию диоксида церия в фосфатных растворах

Ученые из МГУ, Института общей и неорганической химии РАН и НИЦ Курчатовский институт изучили диоксид церия и обнаружили интересную вещь, которая поможет понять поведение похожих на него химических элементов — тория, урана, нептуния и плутония в природе.

Работа выполнена в рамках национального проекта «Наука и университеты», который поддерживает научные исследования и образование в России. Исследование проводилось при поддержке Минобрнауки.

Авторы исследования опубликовали результаты в высокорейтинговом журнале Chemosphere.

Диоксид церия (CeO₂) — это вещество, которое используется в современной технике. Из него делают абразивы для микроэлектроники, катализаторы для очистки воздуха от угарного газа, а также элементы для твердотопливных элементов.

В последнее время ученые также рассматривают возможность использования диоксида церия в составе средств, которые могут убивать бактерии, способствовать заживлению ран и защищать кожу от солнца.

Церий — это металл, который встречается в природе довольно часто. Его в земной коре примерно в 3–4 раза больше, чем свинца. Однако из-за своих химических свойств он не образует собственных минералов и считается рассеянным элементом.

Основные источники церия — минералы, которые образовались при высоких температурах и обладают низкой растворимостью в воде.

Российские ученые два года изучали, как реагирует диоксид церия — соединение церия с кислородом — с водными растворами фосфатов. Фосфаты имеют большое значение в промышленности и биохимии.

Ученые следили за изменениями оксида церия и измеряли концентрацию церия в растворе. Они обнаружили, что некоторые фосфатные соединения церия (IV), которые раньше создавали только при высоких температурах, могут образовываться и при более низких температурах, приближенных к природным условиям.

Важно отметить, что стабильных фосфатов церия (IV) известно очень мало.

Работу комментирует Татьяна Плахова, автор исследования и сотрудник химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова:

Мы обнаружили, что если в растворе есть фосфат-ионы, то диоксид церия превращается в новое соединение. Скорость этого превращения зависит от размера частиц оксида. Так мы нашли новое вещество — двойной фосфат натрия-церия (IV). Оно не растворяется в воде и обладает высокой устойчивостью.

Исследователи провели научную работу с использованием самых современных методов физико-химического анализа. Они применили комбинацию методов, основанных на использовании синхротронного излучения: прецизионную рентгеновскую дифракцию и анализ тонкой структуры спектров рентгеновского поглощения. Это позволило им подробно изучить новое кристаллическое соединение церия со сложной структурой.

Ученые выяснили, что превращение CeO₂ в новое соединение происходит не так, как обычно — не через растворение и перекристаллизацию. Вместо этого происходит ориентированное сращивание кристаллитов и рост новой фазы на поверхности оксидных частиц.

Диоксид церия — это особенный материал, и сферы его применения будут становиться все шире. Но важно понять, как он ведет себя в окружающей среде в течение долгого времени.

В ходе исследования мы выяснили, что диоксид церия не всегда ведет себя так, как от него ожидаешь. Чтобы описать поведение этого материала в водных растворах, нужны новые идеи и подходы, – прокомментировал один из авторов работы, доктор химических наук, член-корреспондент РАН Владимир Иванов.

Исследование позволило узнать больше о химических веществах, в состав которых входит церий. Также оно помогло лучше понять, как ведут себя похожие на него радиоактивные элементы: торий, уран, нептуний и плутоний. Это важно для экологии и радиационной безопасности, чтобы отслеживать состояние окружающей среды и понимать, как эти вещества могут вести себя в разных условиях. Кроме того, новые знания помогут создавать новые материалы.

Ранее ученые выяснили, как следует поступать с радиоактивными отходами.

24.12.2024