ИСТИНА

Фундаментальная задача проекта – развитие научных основ гидрирования как инструмента для модификации структур и свойств интерметаллидов и богатых металлами неорганических соединений, изучение фундаментальных принципов внедрения водорода и установление взаимосвязи «состав-структура-свойства» для таких гидридов металлов и химических способов их модификации. В рамках проекта мы стремимся синтезировать новые гидриды металлов на основе определенных структурных классов интерметаллидов, охарактеризовать их кристаллические структуры, установить взаимосвязь «состав-структура-свойства» для рассматриваемых соединений, охарактеризовать химическую связь в сложных интерметаллических гидридах и электронное состояние водорода в них, разработать рабочий прогностический подход к предсказанию реакционной способности интерметаллидов по отношению к водороду, исследовать факторы, способствующие гидрированию интерметаллидов и их возможную связь со структурой и типом химической связи в соединении, а также сформулировать рекомендации для потенциальных применений сложных интерметаллических систем для хранения водорода, изменения механической прочности материалов и каталитических приложений. Нас особенно интересуют системы связей на основе d- и f-металлов, поскольку они предлагают множество возможностей для различных комбинаций элементов и вариаций в схемах образования химической связи и, как правило, хуже описаны с этой точки зрения. Мы изучим влияние введения водорода на структуры и свойства, сосредоточив внимание на нескольких классах соединений на основе конкретных структурных типов и соотношения элементов. Эти классы включают бинарные интерметаллиды типа MNi3, MPd3, MPt3 и MLn3 (M = непереходный металл, Ln = лантанид), типа MNi2 и MPd2 (M = s-, p-, d- или f- металл), и некоторые соединения типов MTX- («111») и ZrSiCuAs- («1111») (M = щелочноземельные металлы или лантаниды, T = переходный металл или Mg; X = Si, Ge, Sn). Характеризация соединений будет основана на рентгеновских исследованиях монокристаллов, рентгеновской и нейтронной порошковой дифракции (включая исследования in situ), электронной микроскопии, микрозондового анализа, термического анализа и гальваномагнитных измерений. Электронные структуры будут изучаться на основе расчетов в рамках теории функционала плотности, а анализ химических связей будет выполняться как в прямом, так и в орбитальном пространстве. Совместное исследование групп из Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и университета Лейпцига максимально эффективно использует взаимодополняемость обеих сторон в отношении опыта и инфраструктуры, а также предоставит возможность регулярного обмена исследователями с целью распространения конкретных знаний и опыта между обеими группами. В результате мы ожидаем получить принципиально новые фундаментальные знания о гидрировании интерметаллидов, принципах устойчивости структур продуктов гидрирования, установить взаимосвязь «состав-структура-свойства» в сложных неорганических гидридах и предложить химические способаы тонкой подстройки указанных свойств; на основе полученных данных будут выработаны рекомендации по использованию рассматриваемых соединений в качестве основы для новых функциональных материалов.

The project has the fundamental aim of further developing hydrogenation as an instrument for modifying structures and properties of intermetallics and inorganic metal-rich compounds, to investigate the fundamental principles of hydrogen insertion, and to establish structure-property relationships for such metal hydrides and chemical ways of their manipulation. Within the scope of the project we aim to synthesize new metal hydrides based on certain structural classes of intermetallics, to characterize their crystal structures, to establish structure-property relationships for the compounds in question, to characterize bonding in complex and intermetallic hydrides and the electronic state of hydrogen, to develop a working predictive approach to the reactivity of intermetallics towards hydrogen, to investigate the factors that favor hydrogenation of intermetallics (calculation of thermodynamics) and their possible connection to structure and bonding, and to formulate guidelines for potential applications of complex intermetallic-based systems for hydrogen storage, embrittlement, and catalysis. We are particularly interested in the bond systems based on d- and f-metals, since these offer a lot of possibilities for different kinds of element combinations and variations in bonding patterns, and are generally less well understood. We will study the influence of hydrogen insertion on structures and properties, focusing on several classes of compounds based on specific structure types and element ratios. These classes include binary intermetallics of the MNi3, MPd3, MPt3 and MLn3 types (M = main-group metal, Ln = lanthanide), of the MNi2 and MPd2 types (M = s-, p-, d-, or f-block metal), and certain compounds of the MTX- (“111”) and ZrSiCuAs- (“1111”) types (M = alkaline earth or lanthanide; T = transition metal or Mg; X = Si, Ge, Sn). Characterization of the compounds will be based on X-ray single-crystal investigations, X-ray and neutron powder diffraction (including in situ studies), electron microscopy, microprobe analysis, thermal analysis, and galvanomagnetic measurements. Electronic structures will be studied based on DFT calculations and bonding analysis will be performed both in direct and orbital space. Joint research of the groups from Lomonosov Moscow State University and Leipzig University will make good use of the complementarity of both sides regarding expertise and infrastructure, and will also offer an opportunity of regular researcher exchange in order to disseminate specific knowledge and expertise between both groups. As a result, we expect to gain new systematic knowledge about hydrogenation of intermetallics, the principles governing the stability of the structures of hydrogenation products, the structure-property relationships in complex inorganic hydrides and chemical ways of tuning said properties; we also aim to develop recommendations on the potential use of the compounds in question as the basis for new functional materials.