|
Развитие неорганической химии как фундаментальной основы создания новых поколений функциональных и конструкционных материалов, включая нано- и биоматериалы
Основные результаты кафедры неорганической химии, полученные в 2011 г., относятся к направлениям: исследования в области наносистем и нанотехнологий;
кристаллохимический дизайн и синтез новых классов неорганических соединений, биоматериалы, а также вещества и материалы для функциональных устройств,
разработка новых методов их синтеза и выявление взаимосвязей "состав-структура-свойство" для них.
Наносистемы и нанотехнологии.
- Методом Лэнгмюра-Блоджетт получены тонкие пленки и изучено поведение жирных кислот (олеиновой и стеариновой) и аминов (додециламина) в воде (субфаза). Показано, что площадь, занимаемая одной молекулой в монослое в фазовом состоянии "твердая фаза", практически не зависит от числа атомов углерода в насыщенных цепях и от типа органического вещества. Дальнейшее увеличение поверхностного давления, осуществляемое при движении барьеров, приводит к "разрушению" монослоя, так называемому "коллапсу". При значениях поверхностного давления, которые соответствуют фазовому состоянию монослоя "сжатая жидкость" или "твердое тело", был осуществлен перенос наночастиц серебра и оксида железа на подложки из диоксида кремния. (Лаборатория Неорганического материаловедения, рук. Гудилин Е.А., Еремина Е.А.)
- Выполнены оценки возможностей метода зондирования морфологии люминесцентных фотонных кристаллов с помощью кинетики переноса энергии оптического возбуждения. Разработаны методы получения нанокристаллического CsI с помощью пиролиза аэрозоля и введения расплава в поры опаловой матрицы. (Лаборатория Неорганического материаловедения, рук. Клемонский С.О.)
- Разработан новый метод синтеза устойчивых нетоксичных коллоидных растворов наночастиц CeO2 ультрамалого размера (~2 нм), стабилизированных цитратом аммония, и проведена их комплексная физико-химическая аттестация. Показано, что полученные коллоидные растворы не оказывают цитотоксического воздействия на клетки, не приводят к изменению их морфологии, однако при концентрациях выше 10-5 М снижают метаболическую активность клеток. (Лаборатория Неорганического материаловедения совместно с ИОНХ РАН, рук. Иванов В.К., Ванецев А.С.)
- Впервые показано, что ориентация системы пор анодного оксида алюминия однозначно определяется кристаллографической ориентацией алюминиевой подложки. Пленки анодного оксида алюминия применены в качестве шаблонов при формировании упорядоченных массивов анизотропных наноструктур на основе магнитных 3d металлов. (Лаборатория Неорганического материаловедения, рук. Напольский К.С.)
Кристаллохимический дизайн и синтез новых классов неорганических соединений
- Синтезировано новое семейство соединений с наноклеточным строением, которые являются первыми представителями полупроводниковых полуклатратов - твердотельных аналогов четвертичных аммонийных гидратов. Соединения построены по принципу гость-хозяин, впервые показано, что часть атомов гостя образуют единственную прочную ковалентную связь с атомом германия каркаса, что приводит к формированию сложных высокосимметричных структур с объемом элементарной ячейки порядка 8000-10000 A3. (Лаборатория Направленного неорганического синтеза, рук. Шевельков А.В.)
- Впервые синтезированы соединения общего состава (Pb,Bi)1-xFe1+xO3-y с перовскитоподобной структурой, модулированной периодически повторяющимися планарными интерфейсами по кристаллографическим свойствам сходными с плоскостями кристаллографического сдвига в бинарных оксидах со структурой типа ReO3. Для решения кристаллической структуры построена структурная модель в (3+1)-мерном пространстве, которая описывает атомную структуру интерфейсов при помощи комбинации ступенчатых функций модуляции заселенности и линейных функций атомных смещений. Правильность модели проверена методом просвечивающей сканирующей темнопольной микроскопии в неупруго-рассеянных электронах (HAADF STEM). (Лаборатория Неорганической кристаллохимии, рук. Антипов Е.В., Розова М.Г.)
Вещества и материалы для функциональных устройств.
- Проведена корректировка состава чувствительных материалов газовых сенсоров на основе нанокристаллического SnO2 и материалов предконцентраторов для детектирования CO, NO2, H2S, NH3 на уровне ПДК. Основная часть работы включала в себя получение нанокристаллических оксидов, легированных сурьмой, которая вводилась в чувствительные материалы с целью понижения сопротивления сенсоров при рабочей температуре в атмосфере целевых газов и на воздухе. Проведено исследование сенсорных свойств ферритов (M1,M2)IIFe2O4 (MII = Zn, Ni, Cu, Fe, Mn, Co) в зависимости от природы катиона MII при детектировании токсичных газов NH3, H2S, C2H5OH, CO и NO2 в воздухе на уровне предельно допустимых концентраций.(Лаборатория химии и физики полупроводниковых и сенсорных материалов, рук. Гаськов А.М., Румянцева М.Н.)
- Предложен простой и дешевый метод синтеза высокоэффективных сорбентов на основе микросфер TiO2 с использованием гидролиза алкоксидов Ti в режиме течения Куэтта-Тейлора, а также исследован механизм реакции, приводящий к формированию микросфер. (Лаборатория Неорганического материаловедения, рук. Кнотько А.В., Гаршев А.В.)
- Показана возможность получения стеклокомпозитов на основе пентаборат бромида свинца Pb2B5O9Br, демонстрирующих способность к генерации второй оптической гармоники (ГВГ), что выдвигает их в число перспективных нелинейно оптических материалов. (Лаборатория Направленного неорганического синтеза, рук. Долгих В.А.)
- Для получения новых сверхпроводящих бескислородных фаз разработан удобный и экономичный способ проведения твердофазного синтеза поликристаллических образцов. (Лаборатория Направленного неорганического синтеза, рук. Морозов И.В.)
- Для решения задачи синтеза тонких пленок ароматических карбоксилатов тербия предложены новые химические подходы - реакционное осаждение из газовой фазы (метод RCVD) и осаждение из растворов в условиях образования-разложения разнолигандных комплексов (метод MLCFD). (Лаборатория Химии координационных соединений, рук. Кузьмина Н.П.)
- Установлено, что причина возникновения ферромагнетизма тонких пленок оксида цинка связана с их наноструктурой; предложен способ получения пленок, состоящих из вариантных доменов и обладающих повышенным ферромагнетизмом. С использованием метода эпитаксиальной стабилизации получены тонкие пленки новых ортоферритов гексагональной структуры, обнаружено ферромагнитное упорядочение в них при температурах около 100К. Созданы новые дисперсные гибридные материалы типа "ядро-оболочка", обладающие ферромагнитными и флюоресцентными свойствами, пригодные для гипертермической терапии онкологических заболеваний и мониторинга клеточных процессов. (Лаборатория Химии координационных соединений, рук. Кауль А.Р.)
Биоматериалы
- Исследованы свойства биостекол эвтектических составов в системе СаО-Р2О5 с относительно низкой температурой плавления и взаимодействия указанных стекол с гидроксиапатитом (ГАП) при формировании керамического композиционного материала при высокотемпературной обработке. Показано, что фосфатные стекла, добавленные к ГАП, плавятся при более низкой температуре по сравнению с ГАП и могут увеличить уплотнение образца, усиливая процесс спекания по жидкофазному механизму, что приводит к композиту с повышенными механическими свойствами. Спекание ГАП в присутствии стекла приводит к взаимодействию ГАП с фазой стекла с образованием фазы β-ТКФ или α-ТКФ, а также α- и β-ПФК в зависимости от температуры обжига, количества и состава стекла.Разработаны приемы создания компактного биосовместимого композиционного материала на основе карбонатзамещенного гидроксиапатита (КГАП), заключающиеся во введении в КГАП легкоплавкой биорезорбируемой добавки, которая будет выступать в качестве связующего агента (спекающей добавки). В качестве легкоплавкой матрицы было предложено использовать Na-Ca фосфатное стекло, которое с точки зрения ближайших фаз системы Na2O -CaO-P2O5 может быть описано, как состоящее из 54% масс. Na4CaP6O18 и 46% масс. Na2CaP2O7. Установлена начальная температура (475+250С) взаимодействия между КГАП и фосфатным стеклом, используемым в качестве термопластичной матрицы в композите КГАП/стекло. Показана практическая возможность получения композита КГАП/стекло с прочностью на сжатие до 25 МПа, в котором сохраняется уровень содержания карбонат-ионов, соответствующий исходному порошку КГАП. (Лаборатория Неорганического материаловедения, рук. Путляев В.И.)
- Апробированы различные методы синтеза октакальциевого фосфата (ОКФ), среди которых наиболее перспективным с точки зрения времени и выхода целевого продукта выбран гидролиз брушита в ацетатном буферном растворе при t=60?С и рН=5.75. Роль брушита в синтезе октакальциевого фосфата может быть связана с возможностью гетерогенного зародышеобразования ОКФ на (010) грани брушитного кристалла. Керамические композиты, полученные из продуктов термолиза ОКФ, не проявляют цитоксичности, обеспечивают адгезию, распластывание и пролиферацию фибробластов, и могут применяться в работах по тканевой инженерии. (Лаборатория Неорганического материаловедения, рук. Путляев В.И.)
Премии за 2011 г.
Премия Президента РФ
Ванецев А.С.
Гидротермально-микроволновой синтез слабоагрегированных люминесцентных наночастиц YV1-xPxO4:РЗЭ и нанокомпозитов YV1-xPxO4:РЗЭ в оболочке SiO2 для биомедицинских приложений.
Мемориальная медаль Н.С. Курнакова, ИОНХ РАН
Шляхтин О.А., Третьяков Ю.Д.
Особенности эволюции твердофазных систем при криохимическом синтезе оксидных материалов.
Премия фирмы Carl Zeiss
Напольский К.С., Петухов Д.И.
Разработка методов и средств контроля упорядоченности структуры пористых анодных пленок на поверхности алюминия и титана.
Scopus Award Russia 2011
Елисеева С. В.
Российский автор самых влиятельных и актуальных научных публикации в международной литературе в области химии за 2010 г.
Эта премия присуждена по совокупности показателей: активной цитируемости работ, опубликованных автором в 2010 г. (68 по базе данных Scopus) и активности среди грантодержателей РФФИ
Публикации сотрудников кафедры в 2011 г.
Монографии
Ю.М. Киселев. Проблема стабилизации состояний окисления и некоторые закономерности Периодической системы элементов.
А. Eliseev, L. Yashina, M. Kharlamova, N. Kiselev. "One-dimensional crystals inside single-walled carbon nanotubes: growth, structure and electronic properties" in "Electronic Properties of Carbon Nanotubes"
Учебники
В.В. Еремин, Н.Е. Кузьменко, А.А. Дроздов, В.В. Лунин. Химия-8, учебник для 8 класса, издание 2. Рекомендовано Минобрнауки России
В.В. Еремин, Н.Е. Кузьменко, А.А. Дроздов, В.И. Теренин, В.В. Лунин. Химия-11, учебник для 11 класса профильного уровня, издание 2. Рекомендовано Минобрнауки России
Учебные пособия
Н.Е. Кузьменко, В.И. Теренин, О.Н. Рыжова, Р.Л. Антипин, О.В. Архангельская, В.В. Еремин, Н.В. Зык, С.И. Каргов, Е.В. Карпова, Л.И. Ливанцова, А.Г. Мажуга, Г.Н. Мазо, И.В. Морозов, М.В. Обрезкова, С.Б. Осин, Д.А. Пичугина, Ф.Н. Путилин. Вступительные экзамены и олимпиады по химии: опыт Московского университета.
Е.А. Еремина, И.В. Трушков. Неорганическая химия. Углубленный курс для факультативных занятий.
Ардашникова Е.И., Карпова Е.В., Мазо Г.Н., Тамм М.Е., Шевельков А.В. Вопросы базового уровня к коллоквиумам по неорганической химии. Часть I.
Патенты
Зверева И.А., Чурагулов Б.Р., Иванов В.К., Баранчиков А.Е., Шапорев А.С., Миссюль А.Б. "Способ получения фотокатализатора на основе нанокристаллического диоксида титана". Патент RU 2408427 C1 . Опубликовано 10.01.2011.
Зверева И.А., Чурагулов Б.Р., Иванов В.К., Баранчиков А.Е., Шапорев А.С., Миссюль А.Б. "Способ получения фотокатализатора на основе диоксида титана". Патент RU 2408428 C1. Опубликовано 10.01.2011.
Сафронова Т.В., Корнейчук С.А., Путляев В.И., Третьяков Ю.Д. Способ получения керамического биодеградируемого материала на основе двойных фосфатов калия кальция// Патент РФ RU 2395303 С1 Опубликовано 2010.07.27, Бюл. "Изобретения. Полезные модели. Официальный бюллетень федеральной службы интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам" ? 21, www.fips.ru;
Сафронова Т.В., Путляев В.И., Шехирев М.А., Третьяков Ю.Д. Способ получения активного к спеканию порошка пирофосфата кальция// Патент РФ RU 2395450 С1, опубликовано 2010.07.27, Бюл. "Изобретения. Полезные модели. Официальный бюллетень федеральной службы интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам" ? 21, www.fips.ru;
Сафронова Т. В., Путляев В. И., Решотка Д. С., Лукин Е. С., Третьяков Ю. Д. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА БРУШИТА. Патент РФ RU 2431599 C2 от 20.10.2011 Бюл. "Изобретения. Полезные модели. Официальный бюллетень федеральной службы интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам" ?29, www.fips.ru;
Сафронова Т. В., Путляев В. И., Решотка Д. С., Лукин Е. С., Третьяков Ю. Д. СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ШИХТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОКЕРАМИКИ. Патент РФ RU 2431627 C2 от 20.10.2011 Бюл. "Изобретения. Полезные модели. Официальный бюллетень федеральной службы интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам" ?29, www.fips.ru.
Казин П.Е., Трусов Л.А., Напольский К.С., Лукацкая М.Р., Елисеев А.А. Способ получения анизотропных наноструктур путем фильтрации коллоидных растворов через пористые мембраны с одномерными каналами. Патент РФ ? 2424043 от 20.07.2011 (Заявка на патент ? 2009138573 от 21.10.2009).
А.Т. Матвеев, Э.В. Быстревский, В.В. Авдеев. Прядильный раствор для электроформования. Способ получения волокон электроформованием и волокна карбида кремния. Патент RU 2427673 C1, опубликован: 27.08.2011.
Статьи в российских журналах: 66
Журналы: Успехи химии; Доклады Академии наук; Материаловедение; Оптический журнал; Неорганические материалы; Журнал неорганической химии; Материалы электронной техники; Перспективные материалы; Электрохимия; Физика и техника полупроводников; Известия Академии наук, Серия химическая; Вестник МГУ, серия Химия; Физика твердого тела; ЖЭТФ; Письма в ЖЭТФ; Физико-химия поверхности и защита материалов; строительные материалы; Стекло и керамика; Биотехнология; мембраны и мембранные технологии; российские нанотехнологии; НАНОСИСТЕМЫ: физика, химия, математика.
Статьи в иностранных журналах: 67
Журналы: Angew. Chem. Int. Ed.; Chem. Mater.; J. Mater. Res., Optical Materials Express; Thin Solid Films; Physica status solidi; J. Solid State Chem.; Mendeleev Commun.; Intermetallics; Surface Science; J. Phys. Chem. C; Solid State Ionics; J. Power Sources; J. Alloys Compd.; Struct. Bond.; Inorg. Chem.; Z. Anorg. Allg. Chem.; Physical Review B; J. Fluorine Chem.; Polyhedron; Inorg. Chem. Commun.; Physica B: Condensed Matter; Solid State Commun.; Appl. Phys. Lett.; Solid State Phenomena; IEEE Trans. Appl. Supercond.; J. Photochem. Photobiol. A, B; J. Surf. Investigation: X-ray and Neutron Techniques; Structural Chem.; Journal of Luminescence; Japanese Journal of Applied Physics; High Pressure Research; Electochimica Acta; Journal of Porous Materials.
Полный список статей сотрудников кафедры
|
|
