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].
Спектроскопическая информация позволяет определить плотность жидкости или сверхкритического флюида в порах. 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.
В 2022 году сотрудник лаборатории Алексей Николаевич защитил кандидатскую диссертацию по теме текущих исследований.
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:
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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). - 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).
к.ф.-м.н., научный сотрудник Владимир Генрихович Аракчеев