|
Развитие неорганической химии как фундаментальной основы создания новых поколений функциональных и конструкционных материалов, включая нано- и биоматериалы
Основные результаты кафедры неорганической химии, полученные в 2012 г., относятся к направлениям: исследования в области наносистем и нанотехнологий; кристаллохимический дизайн и синтез новых классов неорганических соединений, биоматериалы, а также вещества и материалы для функциональных устройств, разработка новых методов их синтеза и выявление взаимосвязей «состав-структура-свойство» для них.
Наносистемы и нанотехнологии.
- Разработаны методы синтеза наночастиц золота различной морфологии путем варьирования природы восстановителя (цитрат натрия, соли гидразина, гидроксиламина) и рН среды, а также исследован процесса формирования наночастиц золота при помощи метода УФ-видимой спектроскопии. В процессе можно выделить три основные стадии: 1- индукционный период, в течение которого происходит зародышеобразование наночастиц золота, 2 - стадия роста зародышей , 3- стадия коагуляции и образования агрегатов наночастиц. Сигмоидный характер полученных кинетических кривых свидетельствует об автокаталитическом механизме формирования наночастиц золота. (Лаборатория Неорганического материаловедения)
- Гидротермальным методом получены пластинчатые наночастицы гексаферрита стронция с коэрцитивной силой 0.9-1.8 кЭ и намагниченностью насыщения до 64 э.м.е./г. На основе этих частиц получены стабильные коллоидные растворы, обладающие в малых магнитных полях сильным магнитооптическим эффектом, являющимся следствием ориентации пластинчатых частиц в магнитном поле с возникновением линейного дихроизма. (Лаборатория Неорганического материаловедения)
- Золь-гель методом получены субмикрокристаллические порошки манганита лантана-стронция и на их основе приготовлены композиты манганит-полиметилметакрилат. Показано, что эффект туннельного магнетосопротивления достигает максимума при содержании фазы полимера 50%.(Лаборатория Неорганического материаловедения)
- Впервые разработана методика и получены пленки нанокристаллического анатаза гидротермальной обработкой аморфного диоксида титана, выращенного методом анодного окисления на поверхности титановой фольги. Установлено, что изготовленные из этого материала электроды имеют высокие значения квантовой эффективности в процессе фотоэлектрохимического разложения воды (при напряжении 0.50 В ее максимальная величина составляет n = 0.79%). (Лаборатория Неорганического материаловедения)
Кристаллохимический дизайн и синтез новых классов неорганических соединений
- Исследованы соединения Pb2Ba2BiFe5O13 и Pb1.5Ba2.5Bi2Fe6O16: 5й и 6й члены гомологического ряда с общей формулой AnBnO3n-2. Структуры представляют собой двухмерные перовскитные блоки, разделенные плоскостями кристаллографического сдвига 1/2[110](-101)p. При этом соединенные вершинами октаэдры FeO6 трансформируются в искаженные тетрагональные пирамиды FeO5, соединенные ребрами в цепи, имеющие различную взаимную ориентацию, условно обозначаемую как L и R. Оба соединения характеризуются антиферромагнитным упорядочением G-типа ниже температуры Нееля, в интервале 623 - 632K(Лаборатория Неорганической кристаллохимии)
- Получены перовскиты La1-xSrxFe0,66Mo0,34O3 (0 < x < 1), изучены их кристаллическая структура и магнитные свойства. Установленно, что при изменении содержания стронция наблюдается переход от антиферромагнитного (х = 0) к ферромагнитному (х = 1)типу упорядочения магнитных моментов катионов переходных металлов.(Лаборатория Неорганической кристаллохимии)
- Впервые синтезированы образцы ферроселенида калия с частичным замещением калия на натрий. Установлено, что такая замена благоприятно сказывается на сверхпроводящих свойствах образца. Методом мессбауэровской спектроскопии показано, что необычное сочетание сверхпроводимости и магнетизма в образцах ферроарсенида натрия (NaFeAs) может быть связано как с наличием несоразмерных волн спиновой плотности, так и с сосуществованием магнитоупорядоченных и сверхпроводящих областей в одном и том же образце. Показано, что дырочное допирование проводящего слоя образцов NaFeAs путем замещении железа на Cr или Mn подавляет как фазовый переход, так и сверхпроводящие свойства, в то время, как частичное замещение железа на Co, Ni, Ru, Rh приводит к возрастанию TC до 21 К .(Лаборатория Направленного неорганического синтеза)
- Получены монокристаллы нитратокупрата нитрозония массой 0.1-0.5 г. Их исследование методами неупругого рассеяния нейтронов и мюонной спектроскопии показало наличие одномерного аниферромагнетизма вдоль цепей и отсутствие упорядочения вплоть до температуры 0.6К. (Лаборатория Направленного неорганического синтеза)
- Впервые получены и структурно охарактеризованы селенит и теллурит хлориды свинца меди состава Cu2Pb(XO3)2Cl2 X = Se, Te. Установлено, что магнитное поведение фазы Cu2Pb(SeO3)2Cl2 хорошо описывается в рамках модели гайзенберговской спиновой цепи со спином 1/2, а теллуритного аналога -- Cu2Pb(ТeO3)2Cl2 – моделью изолированных димеров Cu-Cu. (Лаборатория Направленного неорганического синтеза)
- Синтезирован ряд новых гетерометаллических фаз блочного и слоистого строения со структурами, производными от интерметаллических мотивов Cu3Au и NiAs/Ni2In. Успешно осуществлено внедрение палладия и лития в них без изменения мотива структуры.(Лаборатория Направленного неорганического синтеза)
- Исследованы твердые растворы на основе интерметаллического соединения FeGa3, демонстрирующие аномальное поведение, связанное с переходом металл-полупроводник. Установлено, что особенности спинового взаимодействия между атомами переходных металлов вызывают высокую плотность состояния вблизи уровня Ферми и, как следствие, высокие значения коэффициента Зеебека. Показаны высокие значения термоэлектрической добротности для составов вблизи перехода металл-полупроводник. (Лаборатория Направленного неорганического синтеза)
Вещества и материалы для функциональных устройств.
- В 2012 г. проводились работы в области создания неорганических наноматериалов для электрохимической энергетики (литий – воздушные источники тока), неинвазивного анализа биологических объектов (исследование интактных эритроцитов с использованием наноструктурированных материалов на основе металлического серебра) и средств медицинской визуализации (наночастица на основе гидратированных оксидов железа анизотропной формы, стабилизированные гуминовыми веществами). В результате выполнения работ получены рабочие прототипы литий – воздушных аккумуляторов, ГКР – активные подложки и микрочипы, стабильные биосовместимые магнитные гидрозоли.(Лаборатория Неорганического материаловедения)
- Твердофазным методом синтезированы образцы гидроксиапатита, легированного оксидом меди и оксидом лития. Путем уточнения структуры методом Ритвельда показано, что ионы меди локализуются в гексагональных каналах, а ионы лития могут частично замещать ионы кальция и частично протоны гидроксильных групп. Обнаружено влияние допирования оксидом лития на окраску соединений. (Лаборатория Неорганического материаловедения)
- Показано влияние комплексной многостадийной термической и гидролитической обработки приповерхностного слоя базальтового стекловолокна на его диффузионную проницаемость для подвижных катионов (Na+), а также на поведение модифицированного волокна в среде твердеющего цемента. Установлены некоторые химические особенности формирования "геополимерных" гидроалюмосиликатно-натриевых вяжущих материалов. (Лаборатория Неорганического материаловедения)
- Разработан новый метод получения висмутсодержащих силикатных стекол, основанный на лазерном плавлении прекурсоров. Полученные стекла обладают сильной широкополосной фотолюминесценцией в инфракрасной области в интервале 900 – 1700 нм со временем жизни возбужденного состояния 300 мкс. По данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии установлено, что висмут находится в двух состояниях окисления: +3 и более низкой положительной степени окисления. (Лаборатория Неорганического материаловедения)
- Впервые получены квантовые точки (КТ) CdSe, содержащие примеси: Ni, Cr, Ag, In, Ga, Ag+In, Ag+Ga, Er, Er+Cu. Определено влияние указанных примесей на люминесцентные свойства и морфологию КТ CdSe. Обнаружено, что добавление индия стабилизирует КТ CdSe легированные серебром. Разработаны методики определения Ag, Cr и Er непосредственно в золях КТ рентгенофлуоресцентным методом. Определено зарядовое состояние и положение примеси эрбия. На образцах CdSe(Er) обнаружены необычные спектры люминесценции, содержащие два экситонных пика, один из которых связан с нахождением ионов эрбия на поверхности КТ. Впервые получены и охарактеризованы КТ InP, легированные Cu и Zn. (Лаборатория химии и физики полупроводниковых и сенсорных материалов)
- Впервые получены нанокомпозиты, на основе нанокристаллического диоксида олова, сенсибилизированного квантовыми точками CdSe. Проведено исследование фотопроводимости полученных материалов в под действием ультрафиолетового и видимого излучения. Показана возможность замены термического нагрева на облучение маломощным диодом для осуществления сенсорных измерений при детектировании CO, NO2, H2S, NH3 на уровне ПДК. (Лаборатория химии и физики полупроводниковых и сенсорных материалов)
- Осуществлен электрохимический синтез новой модификации фторидо-фосфата лития и железа (Li2FePO4F), демонстрирующего обратимую интеркаляцию лития. Установлено, что интеркаляция лития сопровождается незначительным изменением объема (1.7%), что позволяет рассматривать Li2FePO4F в качестве перспективного катодного материала для ЛИА. Исследование кинетики интеркаляции-деинтеркаляции лития в анодном материале на основе фосфата ниобия Nb9PO25 показало, что величина коэффициента химической диффузии лития в этом соединении не менее чем на порядок выше, чем для широко распространенного анодного материала Li4Ti5O12. Это позволяет предположить более высокие мощностные характеристики анодного материала на основе Nb9PO25. (Лаборатория Неорганической кристаллохимии)
- Разработаны два новых химических метода нанесения тонких пленок нелетучих и нерастворимых ароматических карбоксилатов РЗЭ: из газовой фазы и из раствора. Продемонстрирована эффективность применения методов для осаждения тонких пленок производных одно- и двухосновных ароматических кислот, которые успешно использованы в опытных образцах электролюминесцентных устройств.(Лаборатория Химии координационных соединений)
- Показано, что при взаимодействии с карбоксилатами РЗЭ в неводных растворителях 2-этаноламины проявляют двойственную природу: выступают в роли гидролизующего агента, инициирующего образование разнолигандных гидроксокомплексов, или входят в состав РЛК карбоксилатов РЗЭ как нейтральные или катионные лиганды. Показано, что полученные РЛК имеют редкое среди карбоксилатов РЗЭ моноядерное молекулярное строение. (Лаборатория Химии координационных соединений)
- Синтезированы и изучены 34 новых координационных соединения на основе ?-дикетонатов калия и натрия, установлены условия их воспроизводимого синтеза. Разработаны подходы к квантово-химическому моделированию разнолигандных комплексов с нейтральными азот- и кислород-донорными лигандами, позволяющие оценивать энергетические выигрыши и направления реакций комплексообразования. Показано хорошее согласие между теоретическими предсказаниями и экспериментальными результатами. Разработаны подходы к синтезу ?-дикетонатов щелочных металлов с различным мотивом кристаллической структуры — островным, цепочечным, слоистым. (Лаборатория Химии координационных соединений)
- Разработаны растворные и газофазные методы осаждения оксидных буферных слоев для технологии длинномерных высокотемпературных сверхпроводящих материалов. На этой основе получены сверхпроводящие покрытия с критическими токами на уровне лучших мировых достижений. (Лаборатория Химии координационных соединений)
- На основе разработанного ранее метода эпитаксиальной стабилизации созданы новые тонкопленочные мультиферроики в системах редкоземельный оксид – оксид железа. (Лаборатория Химии координационных соединений)
Биоматериалы
- • Биорезорбируемые керамические композиционные материалы получены с использованием порошков ГАП и ПФК, синтезированных методом химического соосаждения из водных растворов нитрата кальция и гидрофосфата аммония. Установлено, что при нагревании в интервале 400-700оС происходит уплотнение материалов, а в интервале 700-1000оС наблюдается уменьшение плотности. Присутствующие в порошковой системе элементы Са, Р, О, Na формируют при обжиге фазы, принадлежащие системе Na2O-СаО-Р2О5, в которой наряду с фазами ГАП и ПФК присутствуют различные двойные орто- и пирофосфаты натрия/кальция, а также ряд эвтектик. Микроструктура керамических композиционных материалов формируется в результате спекания с участием жидкой фазы или вследствие гетерогенных реакций. Определены фазовый состав, микроструктура, плотность, изменение геометрических размеров и массы образцов; исследованы процессы растворения полученных образцов резорбируемого керамического материала в модельных жидкостях in vitro, проведен мониторинг изменения концентрации ионов водорода (рН), кальция (рСа). Полученные биорезорбируемые композиционные материалы могут быть использованы для создания костных имплантатов нового поколения, необходимых для развития регенеративных методов лечения костных дефектов, а также в качестве основы для создания систем доставки лекарственных средств. (Лаборатория Неорганического материаловедения)
Премии за 2012 г.
Премия Президента РФ в области науки и инноваций
Напольский К.С.
Разработка планарных термокаталитических сенсоров взрывоопасных газов.
Стипендия Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова для молодых преподавателей и ученых, добившихся значительных результатов в преподавательской и научной деятельности
Макаревич А.М.
Фундаментальные исследования в области направленного неорганического синтеза.
Публикации сотрудников кафедры в 2012 г.
Учебные пособия
Кузьменко Н.Е., Теренин В.И., Рыжова О.Н., Архангельская О.В., Тюльков И.А., Карпова Е.В. Олимпиады и вступительные испытания по химии в Московском университете: 2012.
Патенты
1. Патент РФ RU113675 Сорбирующий материал для сбора нефтепродуктов. Афанасов И.М. (RU), Матвеев А.Т. (BY), Перминов Д.В. (RU), Кириллова И.В. (RU), Юданова Т.Н. (RU) приоритет от 29.07.2011, дата публикации 27.01.2012
2. Патент РФ RU111989 Сегмент сигаретного фильтра Матвеев А.Т. (BY), Афанасов И.М. (RU), Перминов Д.В. (RU), Кириллова И.В. , приоритет от 05.09.2011, дата публикации 10.01.2012 (RU)
3. Патент РФ RU 2439637 C1 Сухоруков Ю.П., Телегин А.В., Бессонов В.Д., Грановский А.Б., Гижевский Б.А., Кауль А.Р., Ганьшина Е.А., Корсаков И.Е., Способ модуляции инфракрасного излучения, дата публикации 10.01.2012 (RU)
Статьи в российских журналах: 48
Журналы: Успехи химии; Доклады Академии наук; Материаловедение; Оптический журнал; Неорганические материалы; Журнал неорганической химии; Материалы электронной техники; Перспективные материалы; Электрохимия; Физика и техника полупроводников; Известия Академии наук, Серия химическая; Вестник МГУ, серия Химия; Физика твердого тела; ЖЭТФ; Письма в ЖЭТФ; Физико-химия поверхности и защита материалов; строительные материалы; Стекло и керамика; Биотехнология; мембраны и мембранные технологии; российские нанотехнологии; НАНОСИСТЕМЫ: физика, химия, математика.
Статьи в иностранных журналах: 103
Журналы: Angew. Chem. Int. Ed.; Chem. Mater.; J. Mater. Res., Optical Materials Express; Thin Solid Films; Physica status solidi; J. Solid State Chem.; Mendeleev Commun.; Intermetallics; Surface Science; J. Phys. Chem. C; Solid State Ionics; J. Power Sources; J. Alloys Compd.; Struct. Bond.; Inorg. Chem.; Z. Anorg. Allg. Chem.; Physical Review B; J. Fluorine Chem.; Polyhedron; Inorg. Chem. Commun.; Physica B: Condensed Matter; Solid State Commun.; Appl. Phys. Lett.; Solid State Phenomena; IEEE Trans. Appl. Supercond.; J. Photochem. Photobiol. A, B; J. Surf. Investigation: X-ray and Neutron Techniques; Structural Chem.; Journal of Luminescence; Japanese Journal of Applied Physics; High Pressure Research; Electochimica Acta; Journal of Porous Materials.
Полный список статей сотрудников кафедры
|
|
