Химики научились предсказывать устойчивость кристаллических соединений пероксида водорода

Сотрудники Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова (ИОНХ) РАН провели комплексный анализ известных на данный момент кристаллических соединений пероксида водорода и обнаружили, какие из них являются наиболее стабильными. Результаты работы опубликованы в журнале Crystal Growth and Design. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).


Ученые ИОНХ РАН ведут разработки, нацеленные на создание новых литий- и натрий-ионных аккумуляторов с улучшенными электрохимическими характеристиками, но которые были бы при этом недорогими и экологически безопасными в производстве и утилизации. Возможность создания таких технологий в значительной мере определяется решением научных проблем химии материалов, в частности проблемой создания новых эффективных электродных материалов. Разработанный учеными «пероксидный» метод подразумевает применение в качестве исходных систем пероксосоединений. Использование недорогих и нетоксичных пероксидсодержащих прекурсоров позволит предложить принципиально новые экологически безопасные и экономически выгодные способы получения электродов для аккумуляторов нового поколения.

Пероксид водорода – эффективный и экологически безопасный окислитель, который широко применяется в медицине, быту и промышленности. Его используют в виде водных растворов, а также в составе кристаллических соединений (пероксосольватов) с карбонатом натрия и мочевиной. Вместе с тем, такие пероксосольваты обладают рядом свойств, ограничивающих их применение: значительно повышают кислотность среды, кроме того, их растворы имеют неприятный запах (в случае мочевины).

Пероксосольваты до сих пор остаются малоизученным классом химических соединений, для которых характерно замещение молекул пероксида водорода молекулами воды, что затрудняет их синтез из водных растворов. В работе, опубликованной в Crystal Growth & Design, российские химики провели анализ всех известных кристаллических соединений пероксида водорода (из них более 30 синтезировали сами) и описали характер водородных связей с участием молекул пероксида водорода, поскольку именно эти взаимодействия определяют стабильность кристаллов.

Химики из ИОНХ РАН впервые показали, что молекула пероксида водорода всегда участвует в образовании двух водородных связей в качестве донора протона, и соединения, которые образуют устойчивые кристаллы с пероксидом водорода, должны уметь легко «принимать» протоны пероксида водорода – быть хорошими акцепторами.

«Некоторые пероксосольваты, для которых характерно замещение пероксида молекулами воды, могут быть получены только из растворов пероксида водорода высокой концентрации (выше 90%). В нашей лаборатории традиционно проводятся синтезы с высококонцентрированным пероксидом водорода, и данная работа находится в ряду таких исследований. Мы на протяжении многих лет сотрудничаем с лабораторией кристаллохимии и рентгеноструктурного анализа, где под руководством кандидата химических наук Андрея Чуракова изучается кристаллическая структура синтезированных нами пероксосольватов. Для нас очень важно, что синтез и исследование структуры проводятся в одном институте, ИОНХ РАН, это позволяет избегать проблем, связанных с транспортировкой высококонцентрированных пероксидных растворов», – рассказал руководитель исследования, доктор химических наук Петр Приходченко.