ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАВЕРШЁННЫХ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ за 2002 г.
Направление - химия неорганических соединений, в том числе координационных, кластерных и супрамолекулярных
Макроциклический кавитанд кукурбитурил впервые использован для направленного синтеза больших, имеющих наноразмеры, комплексов и высокоупорядоченных гибридных органических-неорганических супрамолекулярных соединений. Отличие кукурбитурила от других макроциклических кавитандов состоит в том, что молекула кукурбитурила жесткая, внутри имеется достаточно большая гидрофобная полость наряду с гидрофильными порталами. Впервые изучено взаимодействие макроциклического кавитанда кукурбитурила с широким рядом s-, p-, d-элементов, а также с солями f-элементов (Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Ho, Er, U и Th) в водных растворах. Экспериментально показано, что в результате процесса самоорганизации в растворе образуются комплексы или супрамолекулярные соединения, которые относятся к различным структурным типам и имеют наноразмеры. На рисунке, в качестве примера, показан «трехпалубный сэндвич», в котором чередуются большие молекулы лиганда кукурбитурила и аквакомплексы Gd(III). Размеры этого катионного комплекса составляют 3,0 нм. Проведенные исследования открывают перспективы создания материалов на основе наноразмерных комплексов или супрамолекулярных соединений.
Направление - физико-химические основы процессов разделения и очистки веществ.
Изучены процессы сорбции ртути из модельных и технологических сред на 21 типе сорбентов различных классов (аниониты, сорбенты на основе полиакрило-нитрильных волокон, углеродные сорбенты, цеолиты, брусит) в статических и динамических условиях. Для наиболее эффективных сорбентов получены данные по коэффициентам рас-пределения ртути между сорбентом и жидкой средой в диапазоне рН 3-12, построены изо-термы сорбции для сорбента НУМС-1 и показано, что этот материал в десятки раз превосходит по емкости все известные сорбенты и ионообменные смолы. (Работа была представлена на выставке «Архимед 2002» и отмечена серебряной медалью)
Разработана методика определения произведения растворимости наночастиц галогенидов серебра, синтезированных в обратных мицеллах масло-растворимых ПАВ, и процедуры тестирования наночастиц на основе проведения в мицеллах характерных химических реакций при спектроскопическом контроле продуктов реакции.
|
Направление – физикохимия и технология функциональных материалов.
Лабораторные эксперименты и термодинамическое моделирование поведения системы кремний – хлор – водород в широком интервале температур и давлений показали возможность значительного увеличения производительности традиционного процесса получения поликристаллического кремния при одновременном снижении энергозатрат на всех стадиях технологического цикла. Результаты переданы Горнохимическому комбинату (г. Железногорск), соответствующее аппаратурное обеспечение и технологические регламенты разрабатываются в настоящее время ГИРЕДМЕТом (г. Москва), Заводом химического машиностроения (г. Екатеринбург) и заводом «Красмаш» (г. Красноярск).
Разработана оригинальная методика синтеза слоев карбонитридов бора и кремния BCxNy , SiCxNy. Особенностью методики является использование в качестве исходных веществ элеменорганических соединений, молекулы которых содержат все осаждаемые элементы. Найдены условия образования в этих процессах различных разновидностей наноструктур: однородные тонкие слои, нанокомпозиты с кристалами 2-5 нм в аморфной матрице. Исследована структура и оптические свойства этих материалов. Планируется применение покрытий в оптических и механических системах, работающих в жестких условиях.
Электронно-микроскопические изображения нанокристаллических пленок SiCxNy (а) и BCxNy (б), полученные методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, и дифракционные картины локальной области
Создано производство высокочистого оксида висмута, получаемого прямым окислением расплавленного металла кислородом по разработанной в Институте технологии, как прекурсора при выращивании монокристаллов ортогерманата висмута (Bi4Ge3O12). Использование синтезированного в ИНХ оксида висмута позволило не только выйти на новый уровень качества этих сцинтилляционных кристаллов, но и исключить повторную кристаллизацию, которую приходилось проводить, как при использовании оксида отечественного производства (квалификация ОСЧ 13-3), так и оксида производства германской фирмы HEK (квалификация Electronic grade). Тем самым, удалось повысить производительность ростового оборудования без дополнительных капитальных вложений. В рамках интеграционного проекта "Развитие новых детекторных технологий в институтах СО РАН" результаты работы использованы при выращивании радиационно-стойких кристаллов BGO для калориметра КМД-2 (ИЯФ СО РАН)
|
Сцинтилляционные характеристики кристаллов BGO, выращенных с использованием различного оксида висмута
Производитель оксида
|
Интегральный световыход
|
Энергетическое разрешение, FWHM %
|
Исходный
|
После УФ облучения
|
Исходный
|
После УФ облучения
|
ИНХ СО РАН, кристалл первой кристаллизации
|
3102
|
2967
|
10,4
|
10,6
|
HEK, Германия, кристалл первой кристаллизации
|
2918
|
2017
|
10,3
|
13,00
|
HEK, Германия, кристалл второй кристаллизации
|
2736
|
2475
|
11,7
|
11,7
|
РЕДМЕТ, Новосибирск, кристалл второй кристаллизации
|
2540
|
1746
|
10,7
|
13,3
|
УЗХР, Верх. Пышма, кристалл второй кристаллизации
|
2597
|
1558
|
10,9
|
14,1
|
Спектры пропускания
Синтез Bi2O3 ИНХ СО РАН первая кристаллизация
|
|
|
|
HEK, Германия первая кристаллизация
|
HEK, Германия вторая кристаллизация
|
|
|
|
Исходный образец
|
|
После УФ облучения
|
|
Направление - кристаллохимия, электронное строение и термодинамика неорганических веществ
Расшифрована структура гигантского “неорганического фуллерена”, (получен Д. Баем, лаб. проф. М. Шеера, Университете Карлсруе, Германия) [{Cp*Fe(
5-P5)}12{CuCl}10{Cu2Cl3}5{Cu(CH3CN)2}5]3* [Cu(CH3CN)4][Cu24Cl25{(
5-P5)FeCp*}12(CH3CN)8]*36CH2Cl2, где Cp*=
5-C5(CH3)5. Кристаллографически независимая часть содержит 621 неводородный атом и 414 атомов водорода Cp*-лигандов. Кристаллографические данные ( дифрактометр Stoe CCD, 137884 независимых отражений, R=0.1242): a = 22.240(4)
, b = 38.302(8)
, c = 40.884(8)
,
= 113.25(3)°,
= 100.41(3)°,
= 91.76(3) °, пр.гр. P-1, Z = 1, V = 31270(11)
. В структуре пентафосфореффоценильные фрагменты {Cp*Fe(
5-P5)} связаны с группировками CuCl, Cu(NCCH3)2 и Cu2Cl5 в сферическую молекулу, обладающую псевдоосью 5 порядка и плоскостями симметрии (идеализированная точечная группа D5h). Кроме того, в структуре присутствует анион, отличающийся от указанной молекулы тем, что в нем отсутствует одна группа {Cu(NCCH3)2}+, и катион [Cu(CH3CN)4]+.
|