В среду, 23 сентября, Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН провел экскурсию по своим лабораториям. В этот день все желающие — школьники, студенты и взрослые — могли узнать, чем занимаются ученые-химики. Экскурсия включала посещение четырех научных подразделений: лаборатории биоактивных неорганических соединений, лаборатории роста кристаллов, лаборатории металлорганических координационных полимеров и лаборатории химии полиядерных металлорганических соединений. В каждой сопровождающий делал небольшую остановку, знакомил с сотрудниками, а также показывал приборы и оборудование. Лекторы поделились с посетителями ИНХ СО РАН тем, какими исследованиями занимаются ученые и что собой представляет их работа. 
 
 
В лаборатории биоактивных неорганических соединений магистрант Алёна Дмитриевна Гассан рассказала о синтезе и разработке различных неорганических соединений с точки зрения биологии и медицины. Исследователи этого направления занимаются разработкой методов получения новых функциональных материалов на основе кластерных комплексов молибдена, вольфрама и рения. «Особое внимание уделяется изучению рентгеноконтрастности, люминесценции, фототермической и фотокаталитической активности», — пояснила Алёна Гассан.
 
По словам экскурсовода, ИНХ СО РАН получил мировую известность именно благодаря лаборатории роста кристаллов. Там ее сотрудник Александр Павлович Чубарев показал, где выращиваются монокристаллы германата висмута и как выглядит сам процесс их создания. Эта разработка института активно используется в производстве точной техники, лазеров и детектирующих матриц. «Мы участвовали во многих крупных программах. Например, среди первых в истории института проектов, мы занимались доставкой кристаллов для космической гамма-обсерватории INTEGRAL», — рассказал Александр Чубаев. Гораздо позднее, в 2011—2013 годах, радиационно стойкие кристаллы сложной формы изготавливались для рентгеновского космического телескопа ASTRO-H, разработанного Японским агентством аэрокосмических исследований. В России потребление кристаллов германата висмута постепенно нарастает. Оно связано, к примеру, со сферой геологоразведки, промышленной томографией.
 
Аргон-вакуумные трубки (лаборатория химии полиядерных металл-органических соединений)
   Аргон-вакуумные трубки (лаборатория химии полиядерных металл-органических соединений)
 
В лаборатории металлорганических координационных полимеров кандидат химических наук Екатерина Александровна Виноградова рассказала о том, что представляют собой фотолюминесцирующие соединения, где они могут применяться и как происходит их синтез. «Одно из современных направлений — это создание органических светоизлучающих диодов OLED (Organic Light Emitting Diodes). Слой излучающего электролюминесцентного материала таких устройств формирует пленка органического соединения», — объяснила Екатерина Виноградова. В основе их работы лежит явление генерации излучения молекулами полимера под воздействием электрического поля. Во время экскурсии можно было посмотреть оборудование лаборатории, которое используется для хранения и синтеза различных химических соединений. Также Екатерина Виноградова наглядно продемонстрировала сам эффект фотолюминесценции.
 
Последним научным подразделением, которое включала открытая экскурсия, была лаборатория химии полиядерных металлорганических соединений. Там аспирант Артём Григорьевич Дёмкин поговорил с группой о том, что такое металлорганические соединения, и показал способы, как можно проводить некоторые химические реакции в закрытых системах. «Сотрудники нашей лаборатории ведут исследования на стыке неорганической и органической химии. В частности, мы занимаемся химией лантаноидов (химические элементы, следующие за лантаном, у которых к электронной конфигурации лантана последовательно добавляются 14 4f-электронов) — это нерадиоактивно, но не менее интересно», — сказал Артём Дёмкин.
 
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.
Graphical abstract: Exceptionally effective benzene/cyclohexane separation using a nitro-decorated metal–organic framework
 
 
«Схема такая: сначала делается бензол, а потом уже его превращают в циклогексан. При этом бензол в небольших количествах остается и его нужно обязательно отделять, — отмечает исследователь. — Проблема в том, что у этих веществ очень близкие свойства, они имеют практически одинаковую температуру кипения (80,1 °C для бензола и 80,7 °C для циклогексана). Это означает: если вы хотите разделить их при помощи перегонки, то нужно строить большие ректификационные колонны, тратить огромное количество энергии, что сейчас и происходит в промышленности».
Метод новосибирских ученых позволяет разделять бензол и циклогексан в мягких условиях: при комнатной температуре, практически не потребляя энергию. Это возможно за счет применения синтетических металлорганических каркасов, разработанных сотрудниками лаборатории металлорганических координационных полимеров ИНХ СО РАН на основе легкодоступной терефталевой кислоты и ее производных. МОК имеют большие полости в структуре, соединенные окнами определенного диаметра, они похожи на губку: могут пропускать одни молекулы, блокируя другие. Сотрудникам ИНХ СО РАН удалось настроить МОК так, что они хорошо сорбируют бензол и не сорбируют циклогексан — и для этого не нужны ни нагревание, ни ректификационные колонны. Металлорганические каркасы обладают огромным преимуществом по сравнению с другими материалами, поскольку их можно легко модифицировать и настроить под конкретную задачу.
МОК показали свою эффективность в стенах института, и ученые надеются, что найдутся инвесторы, готовые применить их на практике, предварительно вложившись в доработку технологии.
«Нам удалось показать, что наши металлорганические каркасы обладают рекордно высокими значениями по разделению бензола и циклогексана, которые не достигнуты ни на каких других материалах», — говорит Владимир Федин.