Науки о Земле

Ученый из МГУ с коллегами обнаружил, что минералы степановит и жемчужниковит имеют уникальную структуру

Кристаллы жемчужниковита (изображение со сканирующего электронного микроскопа).

Игорь Пеков

Ученые провели анализ кристаллических структур минералов степановита и жемчужниковита. Оказалось, что они — первые найденные в природе минералы с металл-органическими каркасными структурами, свойственными для перспективных синтетических материалов. Статья вышла сегодня в журнале Science Advances.

Координационные полимеры (синтетические материалы) с металл-органическими каркасными структурами (MOFs) был получены в 90-х годах прошлого века и являются одними из самых важных и перспективных новых материалов. Пустоты различных размеров в их кристаллической структуре позволяют использовать их в качестве молекулярных губок для хранении водорода (одна из главных технологических проблем водородной энергетики), для ускорения реакций (катализа), а также разделения газов. Удивительное открытие ученых показывает, что MOFs также существуют в природе, хотя и в виде редких минералов, найденных до сих пор только в сибирских угольных шахтах в зоне вечной мерзлоты.

Российские ученые — главный научный сотрудник кафедры минералогии геологического факультета МГУ, доктор геолого-минералогических наук, профессор РАН Игорь Пеков и заведующий кафедрой кристаллографии СПбГУ, доктор геолого-минералогических наук, профессор Сергей Кривовичев — смогли получить оригинальные образцы двух редких минералов, которые были найдены несколько десятилетий тому назад советскими геологами. Российские эксперты определили кристаллические структуры природных минералов. Их результаты подтвердили данные иностранных коллег, полученные для синтетизированных в лаборатории образцов степановита и жемчужниковита.

Минерал степановит с формулой NaMgFe(C2O4)3·8-9H2O был открыт в 1953 году и назван в честь иссследователя углей, геолога, академика АН СССР Павла Ивановича Степанова (1880-1947). Жемчужниковит (NaMg(Al,Fe)(C2O4)3·8H2O) был открыт в 1960 году и получил название в честь геолога, специалиста в области углей Юрия Аполлоновича Жемчужникова (1885-1957). Оба минерала образуют тонкие прожилки в угленосных толщах в зоне вечной мерзлоты. Эти редкие минералы имеют сложную структуру, отличающуюся наличием больших пустот на атомарном уровне и подобную синтетическим MOFs. Размер кристаллов минералов достигает 0.05 мм.

Ученые доказали, что природные минералы степановит и жемчужниковит имеют структуру, подобную металло-органичеким соединениям. Для этого они использовали комплекс методов, среди которых: порошковая и монокристалльная рентгеновская дифракция (для определения параметров кристаллической решетки минералов), Фурье-спектроскопия (совокупность методов измерений спектров различной природы для установления характеристик и свойств) и термогравиметрический анализ (метод термического анализа, при котором регистрируется изменение массы образца в зависимости от температуры).