Химики разработали простой и экологически чистый метод получения композиционных материалов на основе высокорастворимого оксида германия. Благодаря свойствам исходного соединения, возможно точное управление соотношением компонентов и использование в качестве растворителя обычной воды. Полученные образцы пригодны для включения в состав анодов литий-ионных аккумуляторов. Описание полученных результатов, выполненных при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ), опубликовано в журнале International Journal of Molecular Sciences. Германий и его соединения находят широкое применение в сферах микроэлектроники, оптики, возобновляемой энергетики и сенсорных систем. Тем не менее, оксид германия, являющийся одним из исходных материалов, обладает рядом ограничений, включая высокую стоимость и низкую растворимость, поскольку в одном литре воды растворяется всего 4,3 грамма вещества.
Это затрудняет дозирование ингредиентов при синтезе производных, а для получения значительного количества продукта необходим большой объем водного раствора или использование высококонцентрированных растворов щелочи. К тому же оксид германия обычно содержит примеси, что создает необходимость дополнительной очистки и снижает выход конечного продукта.
Ранее ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН (Москва) разработали простой и быстрый способ получения оксида германия из пероксогерманата аммония. Растворимость вещества достигала 100 грамм на 1 литр воды, при этом его масса на выходе составила почти 100% от массы первичных ингредиентов. В новом исследовании ученые ИОНХ РАН совместно с зарубежными коллегами применили полученный ранее высокорастворимый оксид германия в качестве исходного вещества для синтеза композитных материалов, в дальнейшем использованных при создании анодов для литий-ионных аккумуляторов.
Изображения поверхности композиционных материалов, полученные с помощью растрового электронного микроскопа: оксид германия — оксид графена в соотношении 80/20 (а, б), нитрид германия — оксид графена, 80/20 (в, г) и фосфид германия — оксид графена, 80/20 (д, е). Alexey A. Mikhaylov / International Journal of Molecular Sciences
На каждом этапе ученые синтезировали образцы с различным соотношением соединений германия и графена: 80/20, 50/50 и 20/80. Точно регулировать состав композитов позволила высокая растворимость оксида германия. Для исследования электрохимических свойств полученных материалов ученые изготовили электроды литий-ионных аккумуляторов. Опыты показали, что содержание германия в составе композита влияет на электрохимические свойства материала. Например, образцы с меньшим содержанием германия продемонстрировали хорошую стабильность при большом количестве циклов заряда-разряда.
«Германий по-прежнему остается дорогим ресурсом для промышленного использования. Но он сам и его соединения обладают массой полезных свойств. Нам удалось добиться высоких выходов конечного продукта, это заметно удешевляет процесс. Но главное, что высокая растворимость оксида германия дает возможность расширить список объектов, которые можно получить из него простым и «зеленым» методом. Мы планируем синтезировать и другие интересные соединения германия или материалы на их основе, которые можно будет использовать, к примеру, в газовой сенсорике, в качестве электродов не только для литий-ионных, но и натрий- и калий-ионных аккумуляторов и суперконденсаторов», — рассказывает участник исследования, поддержанного грантом РНФ, Александр Медведев, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лабораторией пероксидных соединений и материалов на их основе ИОНХ РАН.
Источник: https://indicator.ru/
