ИСТИНА

Проект направлен на разработку и совершенствование теоретических основ получения новых веществ и материалов, оптимизацию существующих и создание новых технологий синтеза функциональных и конструкционных материалов на основе комплексных экспериментальных и расчетно-теоретических исследований физико-химических свойств систем разной компонентности. При реализации проекта будут разработаны оригинальные методики получения, выделения и характеризации веществ, представляющие интерес для создания новых материалов. Для параметризации термодинамических моделей изучаемых систем будут использованы результаты экспериментальных исследований с привлечением как традиционных, так и новых методик измерения термодинамических свойств веществ и равновесий с их участием. Значительное внимание будет уделено использованию и развитию расчётных методов определения физико-химических параметров систем разной компетентности, в том числе, расчеты ab initio. Планируется создание базы данных с пользовательским интерфейсом для расчётов фазовых и химических равновесий. При ее создании будет учтен опыт зарубежных ученых и внесен ряд дополнений, позволяющих повысить конкурентоспособность создаваемого программного продукта по сравнению с имеющимися аналогами.

The project is aimed at developing and improving the theoretical foundations for obtaining new substances and materials, optimizing existing and creating new technologies for the synthesis of functional and construction materials on the basis of complex experimental studies and theoretical calculations of the physical and chemical properties of systems consisting of different number of components. Throughout this project, original methods for the preparation, separation and characterization of substances that are of interest for creating new materials will be developed. For parameterization of thermodynamic models of the systems under study the results of experimental investigations will be used involving both traditional and new methods for measuring the thermodynamic properties of substances and equilibria with their participation. Considerable attention will be paid to the use and development of computational methods for determining the physico-chemical parameters of systems consisting of different number of components as well as ab initio calculations. It is planned to create a database with a user interface for calculating phase and chemical equilibria. When creating it, the experience of foreign scientists will be taken into account and a number of amendments will be made to increase the competitiveness of the created software product in comparison with existing analogues.

Планируемые результаты представлены ниже по каждому направлению исследований: 1. Экспериментальные исследования и моделирование термодинамических свойств, фазовых и химических равновесий в системах разной компетентности для разработки новых и оптимизации существующих процессов получения веществ и материалов. По данному направлению реализации проекта планируется провести следующие исследования: 1) с помощью методов адиабатической, реакционной и дифференциальной сканирующей калориметрии, методов давления пара и потенциометрии определить неизученные ранее термодинамические свойства стехиометрических фаз и фаз переменного состава в солевых (галогениды, сульфаты и их производные, карбонаты, нитраты, фосфаты щелочных и щелочно-земельных металлов), оксидных (на основе Ca, Al, Si, Fe, Ti, V, Ta, Nb) и органических (дихлорбензолы, Д2ЭГФК с органическими растворителями) системах, силоксановых и дикатионных ионных жидкостей. Перечень систем может быть скорректирован в зависимости от появления информации о результатах исследований этих систем другими научными коллективами или появлением новых перспективных классов функциональных материалов; 2) для всех систем (от однокомпонентных и выше), экспериментальные исследования термодинамических свойств которых запланированы в рамках проекта, будут построены термодинамические модели, инкорпорированные в создаваемую базу данных для расчетов фазовых и химических равновесий. Предполагается расширить набор моделей индивидуальных соединений за счет включения нового калорического уравнения кристаллических фаз, разрабатываемого коллективом исполнителей проекта. 2. Развитие расчетных методов химической термодинамики. В результате выполнения проекта будут 1) создан прототип программного комплекса для расчетов фазовых и химических равновесий, в котором будут использованы оригинальные подходы, разработанные ранее участниками проекта (метод выпуклых оболочек, аппроксимация температурных зависимостей термодинамических свойств комбинацией функций Планка-Эйнштейна и др.) 2) апробированы различные способы решения обратной задачи термодинамики при ограниченном наборе входных данных, в частности, при описании калорических уравнений состояния с сингулярными точками. 3. Разработка новых функциональных материалов, методов их выделения и очистки для органической оптоэлектроники, химической промышленности, фармации, агрохимии и нефтегазового сектора экономики. 1) Синтез, определение молекулярного и электронного строения новых функциональных материалов, перспективных для приложений в оптоэлектроники, в т.ч. non-IPR производных С60 и С70, производных высших фуллеренов С84 и С96, различных функциональных полиенов, а также полисопряженных пористых ковалентных полимеровновых веществ 2) разработка солевых композиций для создания энергосберегающих материалов (так называемые, материалы для «умного дома»), нужд нефтехимической отрасли и производителей удобрений на основе моделирования фазовых равновесий 3) моделирование сверхкритических флюидов на основе СО2 (с добавками метанола, этанола и ДМСО) для разработки новых способов выделения и очистки фармпрепаратов. 4. Развитие теоретических представлений в области химии углеродных наноматериалов (фуллеренов, углеродных нанотрубок и графеновые наночастиц), получение и характеризация наноматериалов, оценка перспективных областей их практического применения. 1) исследование термодинамики димеризацации и магнитных характеристик материалов на основе димерных двухзарядных анионов фуллеренов для выявления корреляций между термодинамическими характеристиками процесса и особенностями строения и мотива функционализации соответствующих фуллереновых каркасов 2) изучение процессов сорбции органических растворителей различной природы оксидами графита; выяснение воспроизводимых физико-химических параметров систем, которые могут быть использованы в качестве характеристик мембран на основе H-GO и B-GO

В рамках проекта заявлены комплексные экспериментальные и расчетно-теоретические исследования, объединенные общей задачей – создания российского программного комплекса для расчетов фазовых и химических равновесий в системах различной природы и компонентности. Реальность выполнения запланированных экспериментальных работ обеспечивается наличием квалифицированных кадров и современного научного оборудования для определения термодинамических свойств изучаемых систем. Исполнители проекта имеют не только опыт использования серийных приборов (комплекс термоаналитичеcкого оборудования NETZSCH и Mettler, высокоэффективный жидкостной хроматограф Waters, времяпролетный рефлектронный масс-спектрометр МАЛДИ (Bruker AutoFlex II), но и опыт разработки оригинальных научных установок (для измерения теплоемкости, давления насыщенного пара, среднеионных коэффициентов активности, теплот растворения и пр.). Участниками проекта создан ряд программных продуктов (PhDi, TernAPi, Cpfit и др.), не уступающих, а по ряду параметров и превосходящих аналогичные разработки зарубежных ученых. Коллектив исполнителей состоит как из опытных специалистов в области химической термодинамики, так и молодых участников, по результатам работы которых будут представлены к защитам ВКР и диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук. Публикации 2021-2022 гг., которые можно рассматривать как задел настоящего проекта: 1) Восков А.Л. Программа CpFit для аппроксимации теплоемкостей и теплосодержаний: новые возможности // ЖФХ, 2022, том 96, № 9, с. 1296-1301 2) Khvan A.V., Konstantinova N., Uspenskaya I.A., et al. A description of the thermodynamic properties of pure indium in the solid and liquid states from 0 K // Calphad, 2022, V.79, p. 102484 3) Pimenova S.M., V.A. Lukyanova, A.I. Druzhinina, et al. Standard enthalpies of formation of some phenyl derivatives of cyclopropene, J. Chem. Thermod., 2021, 161, 106538