Чистая вода без примесей, органических красителей и тяжелых металлов нужна в быту, промышленности и в медицине, но очистить ее до идеала непросто: обычные фильтры часто работают медленно, быстро забиваются и не всегда справляются с загрязнениями. Российские ученые из федерального исследовательского центра (ФИЦ) химической физики имени Н.Н. Семенова Российской академии наук (РАН) 2 октября рассказали «Известиям», что приблизились к пониманию того, как работают уникальные фильтры из оксида графена (ОГ) — тонкие углеродные пленки, которые способны пропускать одни вещества и задерживать другие.

ОГ — лист из атомов углерода толщиной в один атом, содержащий на поверхности и по краям атомы кислорода. Стопки из сотен наложенных друг на друга листов и формируют мембрану. Понимание принципов работы таких мембран — это шаг к созданию материалов с заранее заданными свойствами, и в перспективе — к возможности разделять близкие по природе жидкости, например, для получения высокочистого этилового спирта, необходимого для медицины, органического синтеза и топливной промышленности.

«Уникальные свойства мембран из оксида графена были открыты еще в 2012 году, и стали причиной зарождения большой активности исследователей в этой области — так называемого «графенового хайпа». Дело в том, что группой ученых под руководством Рахула Наира и лауреата Нобелевской премии Андрея Гейма было выяснено, что через такую мембрану не проходит вообще ничего — ни гелий, ни спирт, ни ацетон. Но вода через нее проходит так быстро, будто мембраны нет вообще. Более того, вода проходила через материал в десять миллиардов раз быстрее гелия. Именно эта работа запустила волну интереса к графеновым фильтрам», — рассказал кандидат химических наук, научный сотрудник ФИЦ химической физики имени Н.Н. Семенова, ведущий инженер кафедры химической кинетики МГУ Дмитрий Аствацатуров в кулуарах международной конференции «Modern Development of Magnetic Resonance» (MDMR-2026).

Он добавил, что ученые по всему миру увидели: если одна мембрана может пропускать воду и задерживать всё остальное, значит, можно создавать фильтры нового поколения — для очистки воды от тяжелых металлов, красителей и солей, для разделения жидкостей и даже для опреснения морской воды. При этом выяснилось, что сам материал — оксид графена — является дешевым и легко получаемым из обычного графита.

Аствацатуров пояснил, что к настоящему моменту доподлинно неизвестно, почему мембраны работают именно так. При этом ответ на такой вопрос, по мнению исследователя, является ключевым для создания материалов с заданными свойствами и использования их в промышленности.

Группа сотрудников из ФИЦ химической физики РАН предложила новые подходы на основе методов магнитного резонанса для того, чтобы заглянуть «внутрь» материала, определить его «архитектуру» и выяснить, как она влияет на функциональные свойства. Российские физики научились измерять, насколько ровно уложены слои в графеновой мембране. Оказалось, что от этой «архитектуры» напрямую зависит, как фильтр будет пропускать одни жидкости и задерживать другие. Теперь мембраны можно не подбирать наугад, а изготавливать с необходимыми свойствами — как здание по чертежу.

Кроме того, стало ясно, насколько подвижным по сравнению с обычным состоянием является вещество внутри этих слоистых материалов. Выяснилось, что вода внутри мембраны значительно заторможена и жидкостью вообще не является. По-видимому, именно заторможенное состояние вещества определяет его транспорт через фильтр.

Понимание работы мембран важно для практики. Мембраны из оксида графена могут быть использованы для разделения сложных смесей, включая радиоактивные отходы. Подвижность молекул внутри материала и его архитектура напрямую влияют на то, насколько эффективно он улавливает одни вещества и пропускает другие.

Президент России Владимир Путин 31 мая обратил внимание на значимость химической промышленности в стратегических отраслях экономики, так как она оказывает положительное влияние на топливно-энергетический, металлургический и агропромышленный комплексы. Спустя время, 11 августа, он призвал отечественных предпринимателей выступать в роли заказчиков прорывных научных технологий. По его словам, такой тандем должен отвечать интересам фундаментальной науки, экономики, здравоохранения и других социальных сфер. Российский лидер обратил внимание, что государство также поддерживает такие проекты в оборонной отрасли, химии, материаловедении и энергетике.