Спектроскопическая диагностика молекулярных сред в нанопорах

На основе метода КАРС-спектроскопии разработана методика нелинейно-оптической диагностики газообразных, жидких и сверхкритических сред при их адсорбции в порах оптически прозрачных нанопористых материалов с порами размером от единиц до сотен нанометров. Спектроскопическая методика позволяет проследить формирование в порах первого и последующих поверхностно-адсорбированных слоёв, а также появление и дальнейший рост нанометровых кластеров жидкости вплоть до заполнения ею всего объёма пор [1]. При одновременном присутствии в порах нескольких фаз адсорбата могут быть охарактеризованы их массовые доли. Новейшим результатом ведущихся исследований явилось создание методики измерения диаметра пор на основе спектроскопических данных – КАРС-порометрия [2].

На основе метода КАРС-спектроскопии разработана методика определения плотности жидкости и сверхкритического флюида в порах прозрачных нанопористых материалов. Определение плотности осуществляется одновременно по сдвигу комбинационных спектров и изменению их амплитуды. В недавно полученных результатах количественно охарактеризовано критическое сжатие двуокиси углерода в порах мезопористых стёкол (цилиндрические поры диаметров несколько нанометров) [3] и аэрогеля (средний размер пор несколько десятков нанометров) [4].

Практическая значимость ведущихся исследований

Количественное описание критического сжатия в нанопорах необходимо для определения ёмкости отработанных месторождений углеводородов при размещении в них СО2 – основного парникового газа.

Полученные результаты войдут в кандидатскую диссертацию молодого учёного А.Н. Бекина.

Иллюстрация молекул в нанопоре подготовлена учеником 7-го класса Вовой Аракчеевым.

Исследования поддержаны грантами РФФИ

Нелинейно-оптическая спектроскопия сверхкритической двуокиси углерода в нанопорах (2019–2021);

Нелинейно-оптическая спектроскопия поверхностно-адсорбированных молекул в нанопорах (2016–2018).

Публикации:

  1. Arakcheev V.G., Bekin A.N., Morozov V.B. Spectroscopic characterization of adsorbate confined in small mesopores: distinction of first surface-adsorbed layer, polymolecular layers and liquid clusters, Journal of Raman Spectroscopy 49, 1945–1952 (2018).
  2. V.G. Arakcheev, A.N. Bekin, V.B. Morozov, Adsorption isotherms of carbon dioxide in Vycor glass by CARS and CARS-porosimetry, Journal of Raman Spectroscopy (2021, на рецензии).
  3. V. Arakcheev, A. Bekin, V. Morozov. Spectroscopic characterization of supercritical carbon dioxide density change under isochoric heating in mesoporous glass, Journal of Supercritical Fluids 143, 353–357 (2019).
  4. Arakcheev V.G., Bekin A.N., Morozov V.B. Spectroscopic Detection of Critical Compression of Carbon Dioxide Confined in Nanoporous Aerogel by Coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy, Moscow University Physics Bulletin 75(5), 475–479 (2020).
  5. Arakcheev V.G., Bekin A.N., Morozov V.B. CARS
    Diagnostics of Molecular Fluid Phase Behavior in Nanoporous Glasses, Springer Series in Chemical Physics 52, 1507-1514 (2021).
  6. Arakcheev V.G., Bekin A.N., Morozov V.B. CARS‐measurement
    of adsorption isotherms of carbon dioxide in Vycor glass and CARS‐porosimetry, Journal
    of Raman Spectroscopy 125, с. 121-147 (2021).

Руководитель направления:

к.ф.-м.н., научный сотрудник Владимир Генрихович Аракчеев

Лаборатория лазерных систем и нелинейной спектроскопии