Впервые получены высокоэнтропийные слоистые гидроксиды редкоземельных элементов

Повышение энтропии — меры хаоса — не всегда предполагает, что элементы системы окажутся в таком беспорядке, что просто распадутся, и это доказывают высокоэнтропийные материалы. Они возникают, если часть атомов в упорядоченном кристалле будет заменена на другие, с очень похожими химическими свойствами. Структура при этом не изменится, однако с большей вероятностью может получиться нечто, близкое к хорошо перемешанному раствору, только твердому. Такие системы обладают улучшенными характеристиками, в частности термической и механической устойчивостью. Наиболее известны высокоэнтропийные сплавы и керамики, которым и стараются придать такие свойства.

Ученые из Института общей и неорганической химии имен Н.С. Курнакова РАН создали новый материал, который потенциально поможет реализовать необычные и интересные свойства редкоземельных металлов.

«В нашей лаборатории уже много лет ведутся работы по созданию новых материалов на основе слоистых гидроксидов редкоземельных элементов. Необычная структура и свойства таких соединений позволяют легко настраивать их химический состав, а значит, и функциональные характеристики. Из слоистых гидроксидов РЗЭ мы уже "собрали" несколько новых материалов – люминесцентных термометров, антиоксидантов, средств доставки лекарств, – а также открыли совершенно новые соединения РЗЭ, для них мы придумали новые удобные методы синтеза», — рассказывает автор статьи, сотрудник ИОНХ РАН Мария Теплоногова.

Исследователи получили системы, химический состав которых можно описать формулой (Y,Eu,Gd,Er,Ln)2(OH)5NO3×xH2O, где Ln обозначает один или несколько элементов – Yb, Tb, Sm, Nd. Они описали свойства образцов разными методами и подтвердили наличие эффекта энтропийной стабилизации. Так, например, относительно маленький иттербий практически не образует индивидуальный слоистый гидроксид, но может встроиться в структуру высокоэнтропийного гидроксида.

Химики ИОНХ РАН также показали, что полученные высокоэнтропийные слоистые гидроксиды РЗЭ можно нагреть и превратить в соответствующие высокоэнтропийные оксиды. Детальный анализ функциональных свойств новых материалов еще впереди, однако учитывая их химический состав, можно предположить, что они могут проявлять необычные каталитические и люминесцентные свойства.