Учёные создают сложные наноматериалы из 30 металлов за минуту при комнатной температуре с помощью CO₂

Международная группа исследователей представила быстрый и экологичный метод синтеза сложных наноматериалов, содержащих до 30 различных металлов, всего за одну минуту при комнатной температуре. Ключевую роль в процессе играет углекислый газ (CO₂).

Схема энергоэффективного синтеза композиционно сложных наноматериалов с использованием парникового газа. Автор: Nano Letters (2025). DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c05165

Учёные из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) в сотрудничестве с Кёльнским университетом и Университетом Пердью разработали инновационный подход. Результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.

Новый метод использует CO₂, который, растворяясь в воде, выступает в роли естественного «моста», обеспечивая равномерное смешивание различных ионов металлов в обычных условиях. Это устраняет необходимость в традиционных энергоёмких процессах, требующих экстремально высоких температур и давлений.

Как работает новый метод

Профессора Сонхо Чо и Сукбин Ли из Департамента материаловедения и инженерии вместе с профессором Джунхваном Кимом продемонстрировали синтез высокоэнтропийных наноструктур. Эти материалы, состоящие из множества металлов, обладают повышенной прочностью и каталитической активностью, что делает их перспективными для аккумуляторов, полупроводников и других передовых технологий.

Процесс заключается в барботировании CO₂ через воду с образованием угольной кислоты, которая выделяет карбонат-ионы (CO₃²⁻). При добавлении гидроксид-ионов эти карбонат-ионы легко связываются с различными ионами металлов — от редкоземельных элементов, таких как неодим, до переходных металлов, таких как медь и железо, — формируя наноразмерные частицы карбоната металла всего за минуту перемешивания.

Потенциал и будущие планы

Метод позволяет создавать сложные наноматериалы, которые, согласно традиционным принципам, было бы трудно комбинировать из-за различий в размерах атомов. Микроскопический анализ показал, что полученные материалы имеют высоко неупорядоченную, некристаллическую структуру, что может улучшить их производительность в каталитических реакциях и системах хранения энергии.

«Неупорядоченные структуры, полученные этим методом, могут быть полезны для каталитических реакций и хранения энергии. Мы планируем исследовать различные комбинации металлов, включая катализаторы для производства водорода и электроды для аккумуляторов», — пояснил профессор Сукбин Ли.

Профессор Сонхо Чо подчеркнул экологические преимущества: «Создание многокомпонентных наноматериалов при комнатной температуре снижает затраты и сокращает выбросы CO₂». Он добавил, что конечной целью является разработка гибкого и экономически эффективного процесса для создания широкого спектра материалов без ограничений по составу.

Больше информации: Miri Kim et al, Greenhouse-Gas-Driven Room-Temperature Synthesis of Compositionally Complex Nanomaterials via Anion–Cation Arrangement Control, Nano Letters (2025). DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c05165

Источник: Ulsan National Institute of Science and Technology