ИСТИНА

Проект посвящен изучению перспективных коллоидных и дисперсных систем в сверхкритическом диоксиде углерода (ск СО2). В частности, будет проведено детальное исследование процессов формирования аэрогелей оксидов металлов (железа, марганца) при термическом разложении карбонилов соответствующих металлов в обогащенном кислородом ск СО2. Для этого перспективного одностадийного подхода к синтезу аэрогелей, впервые предложенного членами нашего научного коллектива, будет изучено влияние структуры карбонила и, главным образом, концентрации карбонильных групп, на процесс зародышеобразования наночастиц оксида и их дальнейшего роста с формированием трехмерной сетки. Будет также проведено изучение кинетики процесса в зависимости от условий синтеза (температуры, давления, концентрации прекурсора). Будет развит впервые предложенный нашей научной группой подход к синтезу графена путем электрохимического расщепления графита в сверхкритическом электролите. Ожидается, что за счет синергетического эффекта механизмов расщепления в сверхкритических средах и электрохимического расщепления удастся существенно поднять эффективность синтеза для массового производства графена. Наконец, в проекте будут получены новые фторированные циклофосфазены – химические соединения, использование которых является перспективным при создании огнезащитных покрытий, - их фазовое поведение в коллоидных растворах и дисперсиях в ск СО2 будет исследовано с применением оптических ячеек высокого давления.

The project is dedicated to the study of promising colloidal and dispersed systems in supercritical carbon dioxide (sc CO2). In particular, a detailed study of the processes of formation of aerogels of metal oxides (iron oxide, manganese oxide) during the thermal decomposition of carbonyls of the corresponding metals in oxygen-enriched sc CO2 will be carried out. For this promising one-step approach to the synthesis of aerogels, first proposed by members of our research team, the effect of the carbonyl structure and, mainly, the concentration of carbonyl groups, on the process of nucleation of oxide nanoparticles and their further growth with the formation of a three-dimensional network will be studied. The kinetics of the process will also be studied depending on the synthesis conditions (temperature, pressure, precursor concentration). An approach to the synthesis of graphene by electrochemical exfoliation of graphite in a supercritical electrolyte, first proposed by our scientific group, will be developed. It is expected that due to the synergistic effect of the mechanisms of exfoliation in supercritical media and electrochemical exfoliation, it will be possible to significantly increase the synthesis efficiency for the mass production of graphene. Finally, in the project we will produce new fluorinated cyclophosphazenes - chemical compounds, the use of which is promising for the creation of fire-retardant coatings - their phase behavior in colloidal solutions and dispersions in sc CO2 will be investigated using high-pressure optical cells.

Формирование трехмерных сшитых аэрогелеподобных структур оксидов металлов в процессе термической деструкции карбонила металла в обогащенном кислородом ск СО2 было впервые обнаружено и исследовано научным коллективом настоящего проекта для аэрогелей оксидов марганца. В дальнейшем тенденция к росту агломерированных трехмерных структур в указанном процессе была подтверждена для оксидов кобальта, вольфрама, железа. Предлагаемые в настоящем проекте исследования являются необходимым развитием фундаментального изучения обнаруженного явления и обладают несомненной научной новизной. Изучение механизмов зародышеобразования и дальнейшего роста аэрогелей оксидов металлов позволит разработать подходы к контролируемому синтезу этих материалов. Ожидается, что оптимизация параметров синтеза позволит увеличить механическую стабильность аэрогелей, получаемых в исследуемом процессе. Разработка одностадийного процесса синтеза аэрогелей, снижающего время их синтеза от нескольких недель до нескольких часов, при условии механической стабильности получаемых материалов, придаст стимул для широкого использования аэрогелей оксидов металлов в промышленности (в качестве сорбентов, фильтрационных материалов, катализаторов). Помимо этого, планируется исследовать закономерности потенциостатической интеркаляции ионов в графит из сверхкритического электролита, а также морфологию получаемых продуктов в зависимости от потенциала, состава электролита, температуры и давления. Направление, посвященное электрохимическому синтезу графена в сверхкритических средах, было предложено нашей группой и является новым. Нами было показано, что такой синтез принципиально осуществим. Дальнейшие исследования в этой области с высокой вероятностью позволят создать эффективный способ массового производства графена с малым количеством дефектов. Высокая актуальность данной темы подтверждается большим количеством работ по синтезу графена и материалов на его основе: по запросу “graphene synthesis” Web of Science выдает более 44 тыс. работ из них более 14 тыс. опубликованы в 2019 и 2020 г. Наконец, будут получены новые фторированные циклофосфазены, растворимые в сверхкритическом СО2. Будет показано, что нанесение фторированных циклофосфазенов на текстильный материал из растворов в ск СО2 является эффективным подходом к созданию гидрофобных и огнестойких покрытий.