Ученые Коми придумали способ создать из морских губок новый композитный материал

При особенной термообработке губка воспроизводит форму и микроархитектуру оригинального каркаса морского животного. Со специальным покрытием она становится гибридным материалом.

Как сообщает Коми научный центр, исследования по изготовлению нового катализатора для промышленности ученые Физико-математического института начали проводить еще в 2017 году в составе международной исследовательской группы. Тогда группа физиков, химиков и биологов из разных стран занималась исследованием структуры морских губок, чтобы разработать биомиметические моделей в качестве альтернативы углеродным и керамическим каркасам для современного материаловедения. Это направление называется «экстремальной биомиметикой» и нацелено на изучение и использование возобновляемых, встречающихся в природе нетоксичных органических структур.

Путем карбонизации в инертной среде азота и аргона морских губок был получен трехмерный композитный материал. Он обладает уникальными свойствами и может служить основой для приготовления катализаторов, составив конкуренцию углеродным нанотрубкам. В процессе нагрева в инертной атмосфере аргона или азота, губка теряет в объеме и массе до 70%, но сохраняет свою пространственную 3D-структуру, становится твердой благодаря графитизации и формированию турбостатного графита. В ее состав входит специфический белок спонгин, который образует жгуты-фибриллы, содержащие значительное количество ароматических соединений, и формирующие 3D структуру морской губки.

Спонгин разрушается при температурах 400-500 градусов Цельсия, но при этом успевает начаться процесс графитизации ароматических веществ. С ростом температуры 3D структура преобразуется в термостойкий, химически инертный и твердый турбостатный графит, который может использоваться далее в качестве основы для получения композитных материалов.

Уникальность композитного материала на основе каркаса морских губок в том, что в результате термообработки насыщенная углеродом губка воспроизводит форму и уникальную микроархитектуру оригинального каркаса морского животного. Если его покрыть наноразмерным слоем меди, то он становится гибридным материалом с превосходными каталитическими характеристиками. То есть он может ускорять химические реакции, что важно для развития современных технологий и индустрии материалов. Например, такой катализатор может очищать морскую воду от токсичных соединений нитрофенолов, преобразуя их в нетоксичные и широко используемые в фармацевтической промышленности соединения.

БНК