Ученые Томского государственного университета создали композиционные материалы, способные быстро нейтрализовать токсичные химические соединения и инактивировать биологические агенты, попадающие в атмосферу в результате промышленных аварий, транспортных инцидентов или техногенных катастроф. Разработанные композиты напрямую воздействуют на опасные соединения и микроорганизмы, эффективно снижая их концентрацию и жизнеспособность бактерий в атмосфере.
Проект реализует научно-исследовательская лаборатория высокоэнергетических и специальных материалов ТГУ на базе научного центра мирового уровня «Новые материалы специального назначения». Ученые ТГУ – научный сотрудник лаборатории Сергей Соколов и директор НОЦ «Сибирский центр дизайна» Виктор Клименко – представили результаты работы в докладе на XIV Международном симпозиуме по специальным темам в области высокоэнергетических и специальных материалов.
Сергей Соколов рассказал о создании мультикомпонентных нанотермитных систем с биоцидными добавками. Это композиционный материал, состоящий из наночастиц алюминия, оксидов металлов и биоцидных компонентов, например, йод.
– В отличие от традиционных энергетических соединений, нанотермитные системы позволяют целенаправленно формировать определённые химические продукты в процессе горения. При введении биоцидных компонентов такие материалы совмещают выделение тепловой энергии с генерацией активных биоцидных агентов, напрямую воздействующих на микроорганизмы, – уточнил Серей Соколов. – Их структура обеспечивает исключительно высокие скорости реакций, высокую температуру горения и возможность регулировать энергетическую отдачу.
Ученые придали материалам бактерицидные свойства за счет введения дополнительных химических соединений. Эксперименты показали, что добавление оксида меди позволило добиться распыления плотного аэрозольного облака, а умеренное количество йода значительно повысило эффективность инактивации микроорганизмов.
Такие нанотермиты можно использовать при создании аэрозолей для инактивации биологических агентов, попавших в атмосферу. Полученные результаты могут снизить влияние опасных микроорганизмов на организм человека, а также на природные экосистемы.
Исследования выполнены при финансовой поддержке министерства науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение № 075-15-2025-607 от 01.07.2025).
Виктор Клименко представил доклад на постерной секции симпозиума о новом фотокаталитическом материале, также эффективно разрушающем химические – токсичные или отравляющие – вещества в атмосфере. В основе технологии используются наночастицы диоксида титана (TiO₂) и их композит с серебром (TiO₂–Ag), они продемонстрировали высокую активность при нейтрализации паров ацетона, близкого по свойствам к промышленным загрязнителям.
Эксперименты показали, что под воздействием ультрафиолетового излучения такой аэрозоль с наночастицами удаляет до 85 % вредных веществ менее чем за две минуты – это значительно превышает эффективность традиционных фильтрационных систем. Добавление серебра повышает площадь активной поверхности частиц и расширяет диапазон светопоглощения до видимого спектра, что позволяет использовать естественное освещение вместо энергозатратных УФ-источников. По мнению Соколова и Клименко, разработанные материалы могут стать основой для создания новых поколений систем очистки атмосферы и будут востребованы на промышленных и транспортных объектах.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 22-69-00108, https://rscf.ru/project/22-69-00108/).
Научный задел для этих исследований был сформирован в рамках междисциплинарного проекта Российского научного фонда, реализованного совместно специалистами Научно-исследовательского института прикладной математики и механики Томского государственного университета и Института проблем химико-энергетических технологий СО РАН.
Дальнейшее развитие направления, поиск и синтез новых перспективных материалов, совершенствование генератора аэрозоля и масштабирование технологии будет осуществляться в рамках деятельности НЦМУ «Новые материалы специального назначения».
Для справки: Научный центр мирового уровня «Новые материалы специального назначения» учрежден решением Комиссии по научно-технологическому развитию РФ в мае 2025 года в рамках нацпроекта «Новые материалы и химия». Координатор центра – Томский государственный университет. Программа развития НЦМУ официально поддержана министерством промышленности и торговли РФ, Федеральным медико-биологическим агентством РФ, администрацией Томской области.
Ключевые направления деятельности центра – разработка технологий получения композиционных материалов и производства изделий на их основе, высокоэнергетических материалов и систем, новых материалов биомедицинского назначения, а также использование инструментов искусственного интеллекта для разработки материалов.
Подробнее о разработках НЦМУ «Новые материалы специального назначения» можно узнать по ссылке.