В разы удешевит производство пластмасс, ощутимо снизит нагрузку на экологию - так описывают потенциал своей новой разработки химики Академгородка. Речь идёт об особых соединениях для нефтеперерабатывающей промышленности. Результаты исследований опубликовал на днях один из ведущих международных журналов в области химии. Поддержку оказывает и Российский научный фонд.
 
 
 

Несложные реакции плюс творческий подход химиков. В результате ─ особое соединение, способное в корне изменить технологию производства пластмассы. Один из основных компонентов многих видов синтетики ─ циклогексан. Его ежегодно выпускают миллионы тонн в мире. Особенность производства такова, что от него нужно отделить опасный канцероген бензол. Разделение ─ дорогая и энергозатратная технология.

─ В современных развитых экономиках третья часть энергии тратится в промышленности. Половина этой трети идёт для процесса разделения, ─ поясняет член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН Владимир Федин. ─ Если будут созданы принципиально новые технологии очистки и разделения веществ, то мы сэкономим огромное количество энергии.

Удешевить производство синтетики учёные предлагают с помощью металлорганических каркасов. Это вещество как конструктор химики собирают из блоков, комбинируют друг с другом, добиваясь нужного эффекта.

Металлорганические каркасы на основе терефталевой кислоты выглядят как порошок. Но при многократном увеличении на специально напечатанной 3D-модели отчётливо видна объёмная каркасная структура.

Каркас работает как сито: фильтрует циклогексан. При этом нагревать вещество, как этого требуют традиционные технологии, нет необходимости. Условия, как говорят учёные, мягкие.

Научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН, кандидат химических наук Александр Сапьяник рассказывает: в первую очередь ─ это комнатная температура. Дополнительных затрат энергии не требуется. Это не только дешевле, но и технологичнее.

Исследование ─ фундаментальное. Для производства нужен инвестор. Владимир Федин считает, что разработками могут заинтересоваться предприятия, связанные с нефтепереработкой, производством пластмасс, синтетических нитей и других.

Потенциал разработки не исчерпывается лишь одной задачей. Разделять подобным образом в перспективе можно различные химические смеси, на производство которых ежегодно тратятся миллионы долларов. Нынешнее достижение учёных ─ задел для дальнейших исследований.

Исследования сотрудников Института – в новостях Российского научного фонда. "Российские химики получили новый фотохромный — способный менять цвет при освещении — комплекс висмута (III) с так называемыми виологеновыми катионами. На основе этого соединения были созданы элементы оптической памяти и показаны их высокая эффективность и стабильность. Исследование, поддержанное грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), в перспективе поможет расширить элементную базу для микроэлектроники. Результаты работы опубликованы в журнале Chemical Communications."
 
 

Современные устройства памяти (карты памяти, SSD-накопители) построены на основе электрических переключателей, или транзисторов. Они могут формировать два квазистабильных электрических состояния: «открытого», способного обеспечить перенос электронов, и «закрытого», блокирующего этот поток. Транзисторы содержат элементы, которые накапливают и удерживают электрический заряд. От величины этого заряда зависит возможность протекания электрического тока при определенном приложении напряжения к выводам транзистора. В элементах памяти «открытое» состояние кодирует логическую единицу, а «закрытое» — нуль, или наоборот. Чтобы записать или стереть один бит информации нужно просто переключить транзистор между этими состояниями. При использовании фотохромных материалов для накопления и удерживания зарядов переключение требует светового импульса, часто в совокупности с наложением электрического поля.

Виологеновые катионы состоят из двух связанных ароматических пиридиновых колец (C10H8N2R2)2+ с двумя заместителями (R) при атомах азота. Некоторые галогенидные, то есть содержащие элементы седьмой группы таблицы Менделеева (F, Cl, Br, I), комплексы металлов с виологенами могут изменять цвет при освещении. Несмотря на всю привлекательность оптоэлектронных характеристик этих соединений, пока что такие комплексы не находили применения в электронике. В своей работе ученые из Сколковского института науки и технологий (Москва), Института проблем химической физики РАН (Черноголовка) и Института неорганической химии имени А. В. Николаева Сибирского отделения РАН (Новосибирск) впервые получили светочувствительный комплекс висмута с оптимальными свойствами и показали возможность его использования как материала в устройствах для записи и хранения информации.

Схема органического светочувствительного полевого транзистора на основе исследованных фотохромных комплексов висмута с виологеновыми катионами. Внизу слева показано изображение поперечного разреза элемента, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии. Источник: Dashitsyrenova et al. / Chemical Communications, 2020

«Дело в том, что фотохромные свойства подобных комплексов были описаны ранее. Одновременно с этим были получены устройства памяти на других виологенсодержащих соединениях. По сути, мы просто совместили эти два факта и попробовали проверить, как это сработает уже на наших, новых соединениях», — поясняет руководитель проекта по гранту РНФ Сергей Адонин, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории синтеза комплексных соединений Института неорганической химии СО РАН.

Исследователи «собрали» органические полевые транзисторы с дополнительным светочувствительным слоем из комплекса висмута с виологеновыми катионами. Для этого на промежуточном этапе «сборки» они осадили кристаллические пленки комплекса из раствора на диэлектрическом слое оксида алюминия. Ученые выяснили, что устройство можно «программировать», то есть обратимо переключать между двумя или даже несколькими квазистабильными электрическими состояниями. Для этого нужно подать импульс света при одновременном наложении электрического потенциала между электродами устройства. Реализация нескольких состояний в одном транзисторе открывает большие возможности для создания мультибитных элементов памяти для записи информации с высокой плотностью.

За полсекунды программирования ток, текущий через канал транзистора, изменяется в 100 раз, а при увеличении времени до нескольких десятков секунд — в 10 000 раз. Этот показатель указывает на высокую эффективность работы устройства и является одним из лучших среди известных органических светочувствительных полевых транзисторов. Авторы предполагают, что разработанные устройства позволят длительное время хранить записанную информацию и будут выдерживать большое число циклов записи-чтения-стирания. В работе уже продемонстрирована стабильность в течение более 200 циклов.

 
"Наука в Сибири": Сотрудники Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН создали пористые металлорганические каркасы (МОК) для эффективного разделения бензола и циклогексана. Их применение в промышленности позволит сделать многие технологические процессы (в частности, производство пластмасс и синтетических тканей) в разы дешевле и экологичнее. Результаты работы опубликованы в Chemical Communication.
Исследования сотрудников Института – в новостях Российского научного фонда. "Новосибирские химики показали, что хлоридные комплексы теллура могут образовывать особые соединения, в которых оказываются «пойманы» молекулы хлора. Они обладают высокой стабильностью и могут использоваться для решения некоторых задач органического синтеза. Подробнее с результатами исследования можно ознакомиться в Chemistry European Journal, исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда."
 
 
  
Научный сотрудник лаборатории химии кластерных и супрамолекулярных соединений Андрей Усольцев
 

Химическая промышленность не стоит на месте, и для проведения все более сложных процессов нужны новые, достаточно безопасные соединения, которые эффективно вступают в интересующие исследователя взаимодействия. Среди реакций органического синтеза процедура хлорирования имеет очень важное значение. Непосредственные продукты используются, например, в качестве хладагентов и растворителей. Они также служат основой производства самых разнообразных полимеров. В реакциях хлорирования фиксация хлора на поверхности подложек или включение его в твердые комплексы может позволить тратить этот газ более безопасно — в своем «обычном» состоянии он чрезвычайно ядовит.

Хлор, вместе с бромом, фтором и иодом, относятся к группе веществ, называемых галогенами. Новосибирские ученые из Института неорганической химии имени А. В. Николаева Сибирского отделения РАН обнаружили, что хлоридные комплексы теллура (IV) способны образовывать супрамолекулярные полимеры — подобные системы обладают специфическими свойствами. Так, внутри исследуемых соединений молекулы галогена оказываются «пойманными» в твердом состоянии. Это возможно благодаря взаимодействиям особого рода — галогенной связи.

Для получения таких соединений новосибирские химики пропускали газообразный хлор через раствор соли теллура в соляной кислоте. Им удалось выделить два комплекса с «пойманным» хлором, строение которых было определено методом рентгеноструктурного анализа. В первом веществе отрицательно заряженные анионы [TeCl6]2- и молекулы дихлора Cl2 образуют одномерные цепочки, во втором же — более сложную, трехмерную структуру.

Первый комплекс неустойчив и распадается на воздухе в течение нескольких минут, второй же может храниться неделями в сухом виде. Исследователи показали, что это соединение проявляет аномальную термическую стабильность и не распадается даже при температурах более 100 ˚C.

«Наша работа носит фундаментальный характер, но мы полагаем, что гибридные полихлорид-хлорометаллаты можно использовать как удобные твердые хлорирующие реагенты для органического и неорганического синтеза. Мы пока не можем сказать, будет ли процесс идти быстрее, но здесь есть другие преимущества: это твердое, достаточно стабильное соединение, которое можно хранить безопаснее, чем баллон с хлором, и его проще дозировать», — заметил Сергей Адонин, руководитель проекта, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории химии кластерных и супрамолекулярных соединений Института неорганической химии имени А. В. Николаева Сибирского отделения РАН.