ИФХЭ РАН

Новости Масс-медиа Мы в СМИ Обнаружено алмазообразование при низких температурах в богатой фтором среде

Обнаружено алмазообразование при низких температурах в богатой фтором среде

25 мая 2023 In Мы в СМИ

Учеными ИФХЭ РАН совместно с коллегами из ИФВД РАН и ИК РАН впервые подробно изучен синтез алмаза из фторированного адамантана (C10H15F) при высоких давлениях и температурах. Выяснилось, что в данной системе синтез алмаза возможен при экстремально низких температурах, начиная с 420 °С.

Ученые исследовали поведение фторированного адамантана при давлениях 5.5 – 9 ГПа и температурах от 320 до 1300 °С. Эксперименты показали, что наноалмазы образовывались из фторадамантана уже при сравнительно мягких условиях – температуре 420 °С и давлении 5.5 ГПа. По всей видимости, зарождение наноалмазных зерен происходит посредством «сращивания» алмазоподобных молекул адамантана; атомы фтора играют роль катализатора данного процесса. При более высоких температурах возможно получение более крупных наноалмазных зерен; по всей видимости, в процессе их роста заметную роль играет массоперенос углеводородным флюидом.

Существуют два различных сценария трансформации фторадамантана в аллотропы углерода – с выделением водорода и с выделением летучих углеводородов. Эксперименты показали, что при температуре ниже 600 °С фторадамантан при карбонизации потерял около 25% массы, что указывает на выделение водорода. При температуре выше 600 °С потеря массы составила 40%, что указывает на выделение летучих углеводородов.

При низких температурах вместе с наноалмазами также формировался неупорядоченный графит. Химически активный фтор преимущественно реагирует с sp2-гибридизированным углеродом, что способствует росту кристалла алмаза.

Все синтезированные при постоянных температуре и давлении алмазы имеют наводороженную поверхность. Квантово-химические расчеты показали, что наноалмазы с химически чистой поверхностью и размером менее 2 нм должны спонтанно превращаться в фуллерено-подобные структуры. Наводораживание поверхности делает их стабильными.

Изучение алмазообразования при умеренных температурах и давлениях в богатой фтором среде может быть интересно для понимания процессов образования природных алмазов. В алмазоносных породах нередко присутствуют фтор-содержащие соединения; однако фтор обычно не рассматривали как одного из участников процесса алмазообразования из-за его химической активности и быстрого перехода в связанную форму.

«Хотя химическая активность связанного и свободного фтора радикально различается, в ряде геохимических обстановок фтор-содержащие соединения могут катализировать образование алмаза при низких параметрах «давление-температура». Очевидно, что сложно ожидать присутствия галогенированных адамантанов в мантии Земли, однако фтор-содержащие соединения играют заметную роль в ряде мантийных процессов; известны включения фтор-содержащих минералов в природных алмазах» – сказал главный научный сотрудник лаборатории новых физико-химических проблем ИФХЭ РАН, доктор химических наук, профессор РАН Андрей Альбертович Ширяев.


Синтез наноалмазов контролируемого размера при умеренных температурах и давлениях является важной задачей для широкого спектра материаловедческих и биомедицинских задач. В частности, этим методом можно синтезировать наноалмазы с совершенной кристаллической структурой. При внесении в такой кристалл оптически и электрически активных дефектов можно превратить наноалмазы, например, в точечные источники фотонов, что представляет большой интерес для биомедицины, квантовой оптики и других областей науки.

«Наши эксперименты указывают на возможное влияние фтор-содержащих флюидов на синтез алмазов, особенно при низких температурах. Синтез наноалмазов из фторадамантана при сравнительно «мягких» условиях представляет большой интерес для фундаментального изучения и практического приложения», – подвел итог профессор Ширяев.


Материал подготовлен: Ширяев Андрей Альбертович / гл.н.с. лаборатории новых физико-химических проблем ИФХЭ РАН, д.х.н., профессор РАН


В других источниках: Naked Science. Новости  19/05/2023

Читать 487 times

Новостная рассылка

Чтобы быть в центре событий, присоединяйтесь к нашим новостям.

Наши контакты

Вы можете задать интересующий вопрос, удобным для Вас способом.

  • Тел.: +7 495 955 44 87

Поиск

Яндекс.Метрика