Химия фуллеренов и их производных

Исследования фуллерита C60

Основные направления исследований:
Cинтез и изучение свойств твердофазных модифицированных фуллеритов С₆₀

Объекты исследований:
Фуллерит C₆₀, модифицированные фазы на его основе

Методы исследования:
¹³С ЯМР, ИК- и КР-спектроскопия, рентгенофазовый анализ, а также методы термогравиметрии (TG) и дифференциальной сканирующей калориметрии

Применяемая аппаратура:

Термовесы Mettler TG-50 (температурный интервал 25-1000 ⁰С)

Высокотемпературная ячейка Mettler DSC-20 (температурный интервал 25-550 ⁰С)

Достигнутые результаты:
Работа, проводимая в нашей группе, направлена на синтез в макроколичествах твердофазных модифицированных фуллеритов С₆₀ и исследование физико-химических свойств этих фаз, фазовых превращений.

Под модификацией мы понимаем различные виды воздействий на исходный фуллерит, заключающиеся, в частности, в резком изменении скорости кристаллизации из различных растворов С₆₀, в сублимационной перекристаллизации с последующей термической, механической, вакуумной обработкой образцов, в интеркалировании фуллерита С₆₀ щелочными металлами. В результате получаются разнообразные соединения и фазы, например, такие как, поликристаллический Бакминстерфуллерен с характеристиками, близкими к монокристаллам С₆₀; клатраты с разными структурами. Как свое достижение в этой области мы рассматриваем синтез в макроколичествах гексагональной плотноупакованной (ГПУ) фазы Бакминстерфуллерена - менее стабильной по сравнению с гранецентрированной кубической и обладающей существенно отличными свойствами.

Изучение модифицированных фуллеритов С₆₀ проводится методами дифференциальной сканирующей калориметрии, рентгеновской дифракции, ЯМР, высокотемпературной масс-спектрометрии, ИК спектроскопии; состав образцов определяется методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.

В настоящее время актуальными являются следующие задачи:
- Синтез клатратов С₆₀ с углеводородами и изучение этих фаз.
- Исследование физико-химических свойств ГПУ фазы С₆₀ и поиск новых методик синтеза.
- Интеркалирование атомами щелочных металлов фуллерита С₆₀.
- Поиск теоретических подходов к объяснению экспериментально наблюдаемым явлениям и закономерностям.

В последней из представленных задач у нас есть некоторые успешные заделы. Развиты и согласованы модели, описывающие ориентационный фазовый переход в фуллерите С₆₀: модель теплового поведения термоупругой среды с внутренней ориентацией на основе теории Ландау и модель анизотропных реориентаций молекул С₆₀ для описания времени спин-решеточной релаксации.

Основные результаты деятельности научной группы представлены в таких журналах, как Журнал физической химии, Carbon, а также представлены на международных конференциях, посвященных химии и физике фуллеренов. Ведется тесное сотрудничество с ИОНХом им. Н.С. Курнакова, ИМХ им. Г.А. Разуваева (г. Н. Новгород), ИПФХ (г. Черноголовка МО), лабораториями физической химии Университета им. Ф. Рабле (г. Тур, Франция) и Парижского Университета, а также с кафедрами Химического и Физического факультетов МГУ им. М.В. Ломоносова. Работа поддерживается грантом РФФИ.

В качестве основных публикаций, посвященных исследованию фуллерита C₆₀, можно привести следующие работы:

1) Е.В. Скокан, В.П. Тарасов, В.И. Привалов, В.Э. Алешина, Ю.В. Муравлев, И.В. Архангельский. Фазовый состав системы K_x-C₆₀ (x = 0-1) по данныс ¹³С и ³⁹К ЯМР спектроскопии. Журнал неорганической химии, 2005, 1554-1557.

2) E.V. Skokan, I.V. Arkhangelskii, D.E. Izotov, N.V. Chelovskaya, M.M. Nikulin, Yu.A. Velikodnyi. Stability of hexagonal modification of fullerite C₆₀. Carbon, 2004, 43 (4), 803-808.

3) Е.В. Скокан, Ю.М. Шульга, В.М. Мартыненко, А.И.  Кириллов, В.Л. Карнацевич, Баскаков С.А., И.В. Архангельский. Масс-спектрометрическое исследование низкотемпературного окисления фуллерита С₆₀. Масс-спектрометрия, 2004, 1 (1), 53-56.