ИСТИНА

Основной целью проекта является разработка «мягких» химических методов интегрирования монослойных и малослойных частиц дисульфида молибдена в совместные наногибридные пространственно-упорядоченные кристаллические структуры с частицами углеродных или оксидных гетерокомпонентов, выяснение закономерностей такой сборки, установление строения полученных веществ и возможности подстраивать их структуру и свойства для использования в фотокаталитических системах, фотовольтаических ячейках и других полупроводниковых устройствах. Ультратонкие частицы MoS2 будут получены методом химического расслаивания (монослоевого диспергирования) его массивных кристаллов в жидкой среде при переносе на сульфидные слои электронов от восстановителя. Для того, чтобы выявить реакционную способность этих сульфидных частиц в процессах сборки с гетерокомпонентами различной размерности и характер связывания с ними, процесс сборки будет реализован с участием углеродных частиц различного строения: фуллеренов (0D), нанотрубок (1D), графита и его слоистых соединений (3D, 2D). С этой же целью в качестве оксидных компонентов наногибридных структур будут использованы псевдосферические полиядерные катионы со структурой Кеггина, двумерные нанокластеры гидроксидов M(OH)2 и гидроксид-оксидов MO(OH) 3d металлов и алюминия, а также трехмерные частицы оксидов металлов (TiO2, Al2O3, и др.). Синтетические исследования будут проводиться в тесной взаимосвязи с исследованием строения полученных наногибридных систем, а также изучением природы связывания их компонентов с применением квантово-химических расчетов. Для построения структурных моделей будут использоваться экспериментальные данные, полученные методами порошковой рентгеновской дифракции и электронной микроскопии как для наногибридных соединений MoS2, так и для модельных соединений MoS2 c молекулярными гетерокомпонентами. Планируется изучить спектральные и фотоэлектрические свойства полученных наногибридных структур и оценить их применимость в функциональных материалах, в частности, материалах для преобразования солнечной энергии и катализаторах.

Разработаны химические методы получения в мягких условиях ряда наногибридных структур (НГС), включающих моно- и малослойные частицы дисульфида молибдена и наночастицы (НЧ) гетерокомпонентов углеродной или оксидной природы. В качестве источника частиц MoS2 использовались монослоевые дисперсии этого вещества, получаемые в результате гидратации его слоистого соединения с литием, а в качестве гетерокомпонентов НЧ различной морфологии и размерности: 1D (углеродные нанотрубки), 2D (нанокластеры гидроксокомплексов 3d металлов), 3D (оксидные частицы TiO2, ZnO). Эффективное связывание гетерокомпонентов НГС с частицами MoS2, которые при этом подстраивали свою геометрию под геометрию соответствующих нанообъектов, в том числе формирующихся in situ с участием слоистых соединений MoS2 в качестве интермедиатов, достигалось благодаря взаимодействию монослоев диспергированного MoS2 с поверхностью НЧ, в ряде случаев модифицированной химически различными методами. В ходе Проекта также найдены условия получения ультрадисперсных частиц дисульфида молибдена толщиной 5-7 нм с использованием расслаивания его слоистых соединений с ароматическими и азациклическими органическими молекулами при удалении из межслоевого пространства MoS2 термолабильных и летучих органических компонентов и с гидроксокомплексами металлов при кислотной обработке прекурсора. Полученные НГС и тонкослойные частицы MoS2 перспективны для фотокаталитических применений. С целью моделирования взаимодействия монослойных частиц MoS2 с углеродными НЧ (нанотрубками, графеном и его производными), а также взаимодействия в НГС–прекурсорах для получения монослойных частиц, были установлены атомное строение и энергетические характеристики связывания компонентов модельных слоистых соединений МоS2 c рядом ароматических (производные нафталина, имидазола, фенантролина, и др.) и азациклических молекул. Структура, морфология, дисперсность, термическое поведение и связывание компонентов НГС и слоистых соединений были исследованы с использованием экспериментальных и расчетных методов, включая порошковую рентгеновскую дифракцию, электронную микроскопию, ИК спектроскопию, термический анализ и квантово-химические DFT расчеты. Результаты суммированы в 6 статьях и представлены в тезисах 10 докладов на российских и международных конференциях.