Ученые из Института общей и
неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН и Еврейского университета в
Иерусалиме (The
Hebrew University of Jerusalem) разработали экологически безопасный,
соответствующий принципам «зеленой химии» метод синтеза композиционного
материала на основе сульфида цинка и восстановленного оксида графена. Этот
метод может применяться для получения разнообразных функциональных
композиционных материалов. Результаты исследований опубликованы в Journal of Alloys and Compounds: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838822011604?via%3Dihub
Сегодня особое внимание уделяется
решению экологических проблем, связанных как с уменьшением негативного
воздействия на окружающую среду действующих производств, так и с разработкой
экологически чистых технологических процессов. Создание методов синтеза новых
функциональных материалов, перспективных для различных направлений крупнотоннажного
производства, с учетом принципов «зеленой химии», является актуальной научной
задачей современного материаловедения.
Материалы на основе соединений цинка
имеют широкий спектр применения в различных областях науки и техники, в том
числе в медицине, электронных технологиях, пищевой промышленности, химическом
производстве. В зависимости от требуемых свойств конечного материала для
синтеза используются различные методики, использование которых, как правило,
предполагает применение сложного технологического оборудования, а также
органических растворителей и требует утилизации токсичных отходов.
Международный коллектив авторов из ИОНХ
РАН и Еврейского университета в Иерусалиме предложили новый синтетический
подход, согласно которому можно получить функциональные композиционные
материалы на основе соединений цинка.
Исследование прокомментировал старший
научный сотрудник ИОНХ РАН, кандидат химических наук Алексей Михайлов: «Мы
показали, что использование пероксидного золь-гель метода позволяет получать
материал на основе сульфида цинка и восстановленного оксида графена из
доступного и экологически безопасного сырья в мягких условиях и не
сопровождается образованием значительного числа токсичных отходов. Методика
синтеза заключается в формировании коллоидного раствора пероксида цинка и
последующем его осаждении на поверхности частиц оксида графена за счет
обработки раствором щелочи. Дальнейшая обработка полученного материала
сероводородом и последующий нагрев приводили к формированию кристаллов сульфида
цинка и восстановлению оксида графена. Избыток сероводорода полностью
улавливался раствором сульфата меди с образованием сульфида меди, который, в
свою очередь, далее применялся для получения сероводорода. Разработанный нами
простой метод получения функциональных материалов на основе соединений цинка
позволяет максимально эффективно использовать исходные реагенты. Предложенный
метод не нуждается в больших затратах времени и энергии, сложном дорогостоящем
оборудовании, использовании органических растворителей, в отличие от широко
используемого сольвотермального метода».
Авторы исследовали возможность
применения полученного композита в качестве анода в натрий-ионном аккумуляторе.
Полученные значения (электрохимическая емкость равна 550 мАч/г после 150 циклов
при величине тока заряда-разряда 100 мА/г) являются лучшими показателями для
материалов на основе сульфида цинка для натрий-ионных аккумуляторов. Материал
отличается стабильностью при эксплуатации и сохраняет высокие значения емкости
при увеличенной скорости заряда-разряда ячейки, что свидетельствует о
перспективности применения пероксидного золь-гель метода для синтеза
функциональных материалов.
Исследование
выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (№ 21-73-00224).
Источник: Mikhaylov A.A.; Medvedev A.G.; Buldashov I.A.; Fazliev T.M.; Mel'nik E.A.; Tripol'skaya T.A.; Sladkevich S.; Nikolaev V.A.; Lev O.; Prikhodchenko P.V. Green synthesis of zinc sulfide-reduced graphene oxide composite and its application in sodium-ion batteries. Journal of Alloys and Compounds, 2022, 164769. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.164769
Демонстрация стабильности
натрий-ионного аккумулятора на основе синтезированного композитного материала (ZnS-rGO)