НАНОТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАНИИ: АЛЛОТРОПНЫЕ МОДИФИКАЦИИ УГЛЕРОДА В СОСТАВЕ ШУНГИТА

Цель работы – показать на основе результатов последних исследований в области нанохимии возможности обновления учебной программы дисциплины «Химия», предназначенной для подготовки инженеров химических специальностей высших учебных заведений. Статья адресована научным работникам и преподавателям, развивающим конкретные области науки, студентам и аспирантам, которые решили посвятить себя новой перспективной науке XXI века.

Методы и методология. Произведен анализ работ, касающихся метода комбинационного рассеяния (КР), знакомство с которым, равно как с методом ИК (инфракрасной) спектроскопии, при расшифровке полученных экспериментальных данных необходимо магистрантам, занимающимся синтезом новых наноматериалов на основе углерода. В исследовании свойств и состава шунгита Зажогинского месторождения – уникального природного минерала, содержащего наночистицы и являющегося эффективным сорбентом, применяющимся для очистки питьевой воды, использовался физико-химический анализ (эмиссионный спектральный анализ с индуктивно-связанной плазмой, КР- и ИК-спектроскопия).

Результаты и научная новизна. При обработке шунгита толуолом было выделено желто-белое смолистое вещество, которое, согласно данным ИКспектроскопии, является органическим веществом. На основании анализа данных КР-спектроскопии линию около 2700 см–1 предложено рассматривать как индикатор упорядоченности структуры. Разнообразие физико-химических и структурных свойств в соединении на основе шунгита позволяет говорить о химии фуллеренов и нанохимии как о новом перспективном направлении химии.

Практическая значимость. Описанные в работе сведения по КР-спектроскопии помогут магистрантам, молодым ученым и исследователям идентифицировать различные модификации углерода в синтезированных ими наноматериалах на основе углерода. Данные, полученные в ходе исследования, можно использовать для лабораторной работы «Определение нанокомпонентов, составляющих шунгит, современными физико-химическими методами», включив ее в тему «Углерод» рабочей программы дисциплины «Химия». Материалы статьи могут также послужить отправной точкой для создания специального краткосрочного курса по изучению материалов группы углерода в системе повышения квалификации для работников предприятий, занимающихся переработкой шунгита.

1. Багров И. В., Киселев И. М., Кисляков И. М., Стародубцев В. М. и др. Сравнительные исследования генерации синглетного кислорода фуллеренами, однослойными и многослойными углеродными нанотрубками в виде твердофазных пленочных покрытий // Оптика и спектроскопия. 2015. Т. 118, № 3. С. 440–448.

2. Баранов А. В., Бехтерев А. Н., Бобович Я. С., Петров В. И. Интерпретация некоторых особенностей в спектрах комбинационного рассеяния графита и стеклоуглерода // Оптика и спектроскопия. 1987. Т. 62, № 5. С. 1036–1042.

3. Беленков Е. А., Али-Паша В. А. Структура 3Д-графита // Кристаллография. 2011. Т. 56, № 1. С. 107–112.

4. Бехтерев А. Н., Золотарев В. М. Оптические свойства и структура графитоподобных кристаллических и аморфных модификаций углерода // Оптико-механическая промышленность. 1986. № 12. С. 41–53.

5. Вяткин Г. П., Байтингер Е. М., Песин Л. А. Определение характера гибридизации валентных состояний углерода спектроскопическими методами. Челябинск: ЧГПУ, 1996. 104 с.

6. Кудрявцев Ю. П., Евсюков С. Е., Гусева М. Б. и др. Карбин – третья аллотропная форма углерода // Известия Академии наук. Серия химическая. 1993. № 3. С. 450–463.

7. Мармер Э. Н. Углеграфитовые материалы. Москва: Металлургия, 1972. 135 с.

8. Сладков А. М. Карбин – третья аллотропная форма углерода. Москва: Наука, 2003. 151 с.

9. Соседов В. П. Свойства конструкционных материалов на основе углерода: справочник. Москва: Металлургия, 1975. 335 с.

10. Холодкевич С. В., Бехренев А. В., Донченко В. Н. и др. Выделение природных фуллеренов из шунгитов Карелии // Доклады Академии наук. 1993. Т. 330, № 3. С. 340–341.

11. Чиканова В. Д., Фиалков А. С. Стеклоуглерод: получение, свойства, применение // Успехи химии. 1971. Т. 40, № 5. С. 777–805.

12. Buseck P. R., Tsipurski S. J., Hettch R. Fullerenes from the geological environment // Science. 1992. Vol. 257. P. 215–217.

13. Dresselhaus G., Saito R., Jorio A. Raman spectroscopy of carbon nanotubes // Physics Reports. 2005. Vol. 409. P. 47–99.

14. Ferrari A. C., Robertson J. Raman spectroscopy of amorphous, nanostructured diamond-like carbon and nanodiamond // Philosophical Transactions of the royal society. Lond. A. 2004. Vol. 362. P. 2477–2512.

15. Haimann R. B., Evsyukov S. E., Kavan L. Carbyne and Carbynoid Structures. Dobracht. 1999.

16. Kazankapova M. K., Efremov S. A., Nechipurenko S. V., Nauryzbaev M. K. The study of physiko-chemical characteristics of shungite rocks from Kazakhstan and Russia with high-resolution physiko-chemical methods // KazNU Bulletin. Chemical series. 2013. № 4 (72). P. 43–48.

17. Krishnamoorthy Rajavel, Rajkumar Gomathi, Sellamuthu Manian, and Ramasamy Thangavelu Rajendra Kumar. In Vitro Bacterial Cytotoxicity of CNTs: Reactive Oxygen Species Mediate Cell Damage Edges over Direct Physical Puncturing // Landmuir. 2014. V. 30 (2). P. 592–601.

18. Piscanec S., Mauri F., Ferrari A. C., Lazzerri M., Robertson O. Ab initio resonant Raman spectra of diamond-like carbon // Diamond Relat. Mater. 2005. Vol. 14. P. 1078–1083.

19. Sivery A., Barras A., Boukherroub R., et al. Production rate and reactivity of singlet oxygen 1O 2(1Δg) directly photoactivated at 1270 nm in lipid nanocapsulated dispersed in watter // Journal of Physical Chemistry. C. 2014. V. 118. № 5. P. 2885–2887.