Регистрация / Вход
Прислать материал

14.616.21.0069

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.616.21.0069
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова"
Название доклада
Структурная характеризация новых перспективных материалов на синхротронной станции высокого разрешения ID22
Докладчик
Чернышев Владимир Васильевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью исследования является определение кристаллических структур и тонких структурных особенностей, ответственных за уникальные свойства, представителей пяти групп различных соединений, которые рассматриваются в качестве перспективных материалов, и для которых не удается получить монокристаллы, подходящие для стандартного рентгено-структурного анализа.
Актуальность и новизна исследования
Разработка и создание новых перспективных материалов представляют собой сложный многоуровневый процесс. Для любого твердофазного материала обладающего пространственным упорядочением важным и необходимым этапом этого процесса является установление его трехмерной структуры. Знание структуры вещества на атомном уровне позволяет исследователю находить зависимости его свойств от особенностей структуры, что, в свою очередь, делает возможным «тонкую» настройку этих свойств, меняя условия синтеза и последующих модификаций. В нашем проекте представлены соединения, структурные особенности которых будут изучены по результатам порошковой рентгеновской дифракции на синхротронной станции высокого разрешения. Основные ожидаемые результаты будут базироваться именно на этих экспериментальных данных, что составляет основной фактор новизны данного проекта.
Описание исследования

Представители пяти групп различных соединений, структурные особенности которых будут изучены с применением синхротронного излучения на порошковой станции высокого разрешения ID22, включают в себя:

1) металл-органические каркасы (MOFs) со структурой MIL-53, MIL-100 и MIL-101, и композитные каркасы, содержащие органические центры в виде функциональных молекул каликс[4]аренов и фталоцианинов с различными заместителями в ареновом/индольном фрагменте, введенные во внутрикристаллическое пространство MOF, а также композиты содержащие введенные наночастицы металлов (Pd, Au, Co);

2) цеолиты, в которых часть атомов кремния замещена на атомы металлов (изоморфное замещение Si/M; M = Zr, Sn, Ge, Ti, Cs) – BEA(Zr), BEA(Sn), BEC(Zr/Ge), MFI(Ti), FAY(Y)(Cs);

3) фотосенсибилизаторы на основе β-замещенных металлопорфиринов (M = Ni, Cu, Pd, Pt);

4) Сэндвичевые комплексы тетрапиррольных макроциклов с редкоземельными элементами (Lu, Er, Dy, Eu. Nd, La);

5) тройные интерметаллиды в системе Ce-T-X (T = Rh, Pd, Pt; X = Al, Ga, In, Sn).

За 2 года планируются измерения 150 порошковых образцов.

Результаты исследования

В данный момент мы можем говорить об ожидаемых результатах структурных исследований.

Для металлсодержащих цеолитов будут решены следующие важные научно-исследовательские и практические задачи: установлена локализация изоморфно-замещенных и катионообменных металлов в структуре цеолитов и определены факторы, влияющие на формирование активных центров, установлено влияние локализации металлов на активность и селективность катализаторов. Исследование образцов с адсорбированными молекулами-зондами позволит установить структуру адсорбированных в цеолитах ZrBEA и SnBEA молекул зондов и получить дополнительную информацию о локализации и силе циркониевых и оловянных центров разных типов в структуре BEA. 

Для металл-органических каркасных структур будет решен ряд важных проблем, связанных с рациональным дизайном и практическим использованием адсорбентов и катализаторов на основе MOF: 1) динамические изменения кристаллической структуры каркасов, обусловленные взаимодействием адсорбат-адсорбент или вариациями температуры окружающей среды; 2) стабильность кристаллической структуры MOF после введения наночастиц металлов, а также после проведения на них каталитических реакций; 3) дисперсность и локализация наночастиц металлов в пористых матрицах MOF – параметры определяющие активность и молекулярно-ситовую селективность каталитической системы M NP/MOF; 4) локализация и тип распределения функциональных органических центров в пористых матрицах MOF – факторы, отвечающие за адсорбционную и каталитическую активность и селективность супрамолекулярных систем каликс[4]арен(фталоцианин)/MOF.

Для сэндвичевых комплексов тетрапиррольных макроциклов с редкоземельными элементами и β-замещенных металлопорфиринов будут установлены корреляции между электрохромными и фотолюминесцентными свойствами и структурными особенностями, установлены новые кристаллические и молекулярные структуры.

Для интерметаллических соединений редкоземельных элементов установление новых кристаллических структур, новых структурных типов, приведет к дальнейшему развитию теории физических процессов в таких сплавах, позволят уточнить описание корреляций между сильно локализованными магнитными моментами атомов f-элементов и электронами зоны проводимости, тяжелофермионное (ТФ) состояние, флуктуации валентности, поведение Кондо-решеток, ТФ сверхпроводимость. Кроме того, полученные интерметаллические соединения с уникальными магнитными свойствами будут исследованы на предмет их использования  в запоминающих устройствах.

Практическая значимость исследования
Разрабатываемые методы синтеза металл-органических каркасных структур и некоторых цеолитов могут привести к созданию нового катализатора для получения синтез-газа из метана, и в результате - к формированию патентной заявки. Предварительное исследование показало постоянно растущую потребность в подобных катализаторах в различных странах. Поэтому разработка по крайней мере одного из объектов исследования при выполнении настоящего проекта является весьма перспективной ввиду
востребованности данного продукта. При использовании нового катализатора мы ожидаем снижение скорости коксообразования в несколько раз, сокращая при этом количество циклов регенерации, что снижает общее энергопотребление на 25-30%, и, как следствие, сокращает операционные эксплуатационные расходы. Кроме того, эксплуатация нового катализатора может внести существенный вклад в охрану окружающей среды.