РЕЗУЛЬТАТЫ
Основные результаты кафедры неорганической химии, полученные в 2015 г., относятся к направлениям: исследования в области наносистем и нанотехнологий; кристаллохимический дизайн и синтез новых классов неорганических соединений; биоматериалы; новые материалы для электрохимической энергетики, а также вещества и материалы для функциональных устройств; разработка новых методов их синтеза и выявление взаимосвязей «состав-структура-свойство» для них.
Наносистемы и нанотехнологии.
Методами фотоэлектронной спектроскопии и дифракции, туннельной микроскопии, а также при помощи квантово-химического моделирования, исследован графен, легированный бором, и планарные структуры, полученные в результате интеркалляции германия под графен. Найдены условия селективного введения бора в одну из подрешеток графена, что позволяет получать полупроводниковый материал с заданными свойствами.
Предложен новый тип композитных полимерных материалов на основе серебряных кольцевых структур и полимерного слоя, выступающего в роли защитного покрытия и предконцентратора целевого аналита, для аналитического использования спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния.
Разработан метод синтеза квазидвумерных атомно-тонких наночастиц на основе теллурида кадмия с толщиной единиц нм, а также гетероструктур CdTe/CdSe с типом II гетероперехода на их основе. Определены условия синтеза наночастиц CdTe с латеральными размерами 100-400 нм и толщиной 1.0-2.5 нм, кратной числу атомных слоев.
Исследовано легирование галогенидами серебра коллоидных квантовых точек (ККТ) CdSe. Обнаружено появление интенсивной полосы ИК-люминесценции ККТ с максимумом при 1.3-1.5 эВ, не имеющей аналогов в литературе. Получены ККТ InP/ZnS с квантовым выходом люминесценции 48%. Исследована ИК-люминесценция ККТ Si, показана возможность возбуждения ее ИК-излучением.
Кристаллохимический дизайн и синтез новых классов неорганических соединений
Получен ряд монокристальных и поликристаллических образцов сверхпроводящих пниктидов и халькогенидов железа. Проведено исследование их физических свойств, оптимально допированный образец SrFe2(As,P)2 впервые изучен методом ARPES. Изучение образца FeP высокого качества методами мессбауэровской спектроскопии и ЯМР-спектроскопии позволило впервые предложить согласованную с экспериментом модель спин-модулированной геликоидально упорядоченной магнитной структуры этого соединения.
Обнаружен нетипичный сверхпроводник Mo8Ga41 с критической температурой 10 К, характеризующийся сочетанием аномально высокого значения константы электрон-фононной связи и нетипичного поведения теплоемкости в сверхпроводящем состоянии.
Синтезированы однофазные образцы нитратометаллатовнитрозония (NO[TM(NO3)3], TM = Ni, Co), которые, согласно данным РСА, имеют каркасное строение и представляют интерес с точки зрения изучения магнитных свойств. Получен ряд однофазных образцов трифторацетатов, среди которых трехъядерные карбоксилаты 3d-металлов, а также безводный трифторацетат меди(II) с уникальным цепочечным строением. Проведено изучение его магнитных свойств.
Разработан новый способ синтеза фторидных материалов, включая твердые растворы и сложные фториды РЗЭ, основанный на разложении трифторацетатов в присутствии циклодекстрина. Показана перспективность этого подхода для получения твердых флюоритоподобных растворов, а также бинарных фторидов на основе РЗЭ.
Синтезирован и структурно охарактеризован ряд новых смешанных халькогенидов на основе интерметаллических фрагментов разной размерности "металл 10-й группы - непереходный металл", включая смешанный селенид платины-висмута Pt3Bi2Se2 c уникальной структурой кубического паркерита или "полуантиперовскита". Изучена электронная структура, электрофизические и магнитные свойства новых соединений.
Целенаправленным синтезом получены предсказанные новые слоистые теллурит галогениды общего состава M7Ln11(TeO3)2Х16 (M = Cs; Ln = Sm, Х = Cl; M = Rb, Ln = Nd, Х = Br), построенные последовательным сочетанием блоков [MLn11(TeO3)12] и [M6X16], которые расширяют структурное семейство неорганических фаз с мезопороистой структурой указанного типа, обнаруженное ранее в классе селенитов РЗЭ-ЩМ и теллурит хлоридов кадмия-РЗЭ.
Структурно и магнитно охарактеризованы два новых низкотемпературных магнетика M2TiCu3F12 (M = Cs, Rb), адоптирующих в своей структуре топологию решетки Кагоме, – потенциальных двумерных магнетиков со спином S = ?.
В рамках поиска новых мультиферроиков синтезированы и охарактеризованы новые сложные оксиды железа и марганца с фрустрированной магнитной подсистемой. Структурной особенностью этих соединений является наличие в плоскости пентагональной сетки из тетраэдров и октаэдров. Оптимизированы условия синтеза высокогомогенных многокомпонентных образцов, содержащих оксиды хрома и титана, для нейтронографических экспериментов с целью уточнения магнитной структуры.
Исследована атомная структура чистых поверхностей Bi2Se3 и Bi2Te3 (111) и поведение примеси марганца в слоях селенида висмута. Исследовано влияние роли точечных дефектов на электронное строение термоэлектрических клатратных кристаллов в системе Sn-In-As-I.
Вещества и материалы для функциональных устройств.
Разработан универсальный подход к синтезу разнолигандных металл-органических прекурсоров для низкотемпературного получения из растворов пленок оксидов и фторидов s-, p-, f-элементов, основанный на способности этаноламинов и полиаминов образовывать золи хелатных соединений с карбоксилатами указанных элементов. Эффективность предложенного подхода продемонстрирована при получении аморфных и текстурированных пленок оксидов и фторидов различного функционального назначения (планаризующие и буферные слои в технологии сверхпроводящих материалов, отражающие покрытия).
Разработан новый химический способ получения тонких пленок диоксида ванадия, обеспечивающий достижение рекордных характеристик перехода диэлектрик–металл в этом соединении. Показано, что полученные с помощью этого метода пленки представляют собой перспективный материал для ИК- и ТГц-оптоэлектроники.
Разработаны новые подходы к получению тонких пленок гексагональных мультиферроиков системы Fe-O-R (R= РЗЭ), в частности, показана возможность их ориентированной кристаллизации на подложках кубической симметрии, предложены усовершенствованные приемы проведения высокотемпературной твердофазной эпитаксии мультиферроиков из пленок-прекурсоров.
Получены новые люминесцентные материалы, излучающие в ИК диапазоне, на основе координационных соединений РЗЭ с ароматическими карбоксилами-анионами и основаниями Шиффа. Показано, что для достижения высокой эффективности люминесценции ключевым является исключение из координационной сферы РЗЭ молекул растворителя, в первую очередь, воды.
Экспериментально продемонстрированы возможности получения различных вариантов упорядоченного распределения люминесцентных примесей в фотонных кристаллах опалового типа, что позволяет целенаправленно изменять люминесцентные свойства фотонных материалов.
С целью создания селективных материалов для полупроводниковых газовых сенсоров разработаны методики модифицирования поверхности нанокристаллических оксидов SnO2 и ZnO каталитическими кластерами Au, RuO2, Co3O4, La2O3 и Cr2O3. Синтезирован новый сенсорный материал BaSnO3 со структурой перовскита, имеющий n-тип проводимости и ширину запрещенной зоны Eg = 3.1–3.4 eV. Показано, что BaSnO3 значительно превосходит SnO2 по своей чувствительности к сернистому газу SO2.
Биоматериалы
Разработаны химические системы для создания керамических реакционно-связанных кальцийфосфатных материалов, предназначенных для получения пористых матриц для клеточных технологий в медицине методом объемной (3D) печати.
Новые материалы для электрохимической энергетики
В течение 2015 года были продолжены работы по разработке новых катодных материалов для среднетемпературного твердооксидного топливного элемента на основе сложных оксидов кобальта, никеля и меди. Проведен синтез и исследование электрохимической активности в реакции восстановления кислорода в щелочной среде различных оксидов, содержащих в своем составе катионы марганца.
В рамках поиска новых материалов для металл-ионных аккумуляторов синтезированы и исследованы новые фторидофосфаты переходных металлов различного строения (со слоистой и каркасной структурой). Получен новый катодный материал со структурой калий-титанил фосфата, который демонстрирует высокую энергоемкость и стабильное циклирование на высоких скоростях заряда/разряда.
Получены новые материалы на основе купрата празеодима, являющегося перспективным катодным материалом ТОТЭ. Допирование Pr2CuO4 лантаном приводит к значительному увеличению высокотемпературной электропроводности. В диапазоне температуры 500-750 °C сопротивление интерфейса Pr1.9La0.1CuO4/GDC вдвое ниже, чем для нелегированного электрода Pr2CuO4.
Экспериментально доказано отсутствие прямого химического взаимодействия между Li2O, Li2O2 и углеродными материалами на основе графена, используемыми в качестве электродов литий-воздушных батарей.
Отчет кафедры за 2014 год.
Отчет кафедры за 2013 год.
Отчет кафедры за 2012 год.
Отчет кафедры за 2011 год.
