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)