|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Гетероструктуры на основе связей "металл-металл": дизайн, синтез и управление свойствамиНИР
- Руководитель НИР: Кузнецов А.Н.
- Участники НИР: Захарова Е.Ю., Строганова Е.А., Филатова Т.Г.
- Подразделение: Кафедра неорганической химии
- Срок исполнения: 2 января 2012 г. - 25 декабря 2014 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 12-03-00833-а
- Номер ЦИТИС: 01201257916
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Функциональные материалы, наноматериалы и технологии
- ПН России: Индустрия наносистем
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.15.15 Исследования строения и свойств молекул и химической связи
- 31.15.19 Химия твердого тела
- 31.17.15 Неорганическая химия
-
Ключевые слова:
связи "металл-металл", гетероструктуры, низшие халькогениды и пниктиды, низкоразмерные фазы
-
Описание:
Фундаментальная проблема, на решение которой направлен проект, - дизайн и направленный синтез неорганических кристаллических соединений с заданной структурой. Конкретная научная задача в рамках общей проблемы заключается в разработке принципов конструирования и направленного синтеза новых соединений, построенных по принципу молекулярных гетероструктур на основе металлов 13-15 групп и сочетающих наноразмерные фрагменты с металлическими и неметаллическими свойствами, и методов управления физическими свойствами таких соединений. Проект предусматривает: 1) Синтез и исследования новых фаз со структурой, производной от NiAs, с гетерометаллическими связями между р-металлами (металлы 13-15 групп) и d-металлами; 2) синтез и исследования новых фаз внедрения фрагментов со связями "р-металл-р-металл" в структуры типа тетрадимита, иодида кадмия, и родственных им; 3) синтез и исследования новых фаз срастания на основе структур типа тетрадимита или иодида кадмия и структур типа NiAs, содержащих системы гетерометаллических связей. В решение поставленной задачи входит установление кристаллической структуры синтезированных соединений, их электронного строения, физических и физико-химических свойств (электропроводность, магнитные свойства, термическая устойчивость), важных для понимания влияния характеристик систем связей «металл-металл» на поведение соединений в целом. Успешное выполнение работ по проекту должно позволить сформулировать принципы создания низкоразмерных фаз на основе систем связей "металл-металл" и предложить способы управления их свойствами.
-
Основные результаты:
Проведен обширный направленный поиск соединений блочного и слоистого типа, построенных по принципу молекулярных гетероструктур. Получен ряд новых соединений заданного типа, изучено их кристаллическое строение, электронная структура, охарактеризованы электрофизические и магнитные свойства, описана химическая связь. На большом массиве полученных данных сделаны выводы о взаимосвязи между кристаллическим и электронным строением полученных гетерометаллических соединений и проявляемыми ими физико-химическими свойствами. Полученная информация позволяет углубить представления о строении и химической связи в таких фазах и усовершенствовать принципы их дизайна.
- Добавил в систему: Кузнецов Алексей Николаевич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2012 г.-31 декабря 2012 г. | Гетероструктуры на основе связей "металл-металл": дизайн, синтез и управление свойствами |
| Результаты этапа: Проведен направленный поиск и исследования новых гетероструктур на основе низкоразмерных халькогенидов и халькогенгалогенидов переходного-непереходного металлов в более чем 40 тройных и четверных системах. В результате поиска обнаружен ряд новых фаз, относящихся к разным типам структур на основе интерметаллическим мотивов со связями переходный-непереходный металл. Полностью установлено кристаллическое строение четырех новых соединений с разной степенью структурной анизотропии. Так, синтезирован не имеющий структурных аналогов новый смешанный селенид палладия-индия Pd16In5Se4, характеризующийся наличием систем связей Pd-Pd, Pd-In и In-In и имеющий в структуре одномерные каналы, образованные атомами селена, что позволяет отнести его к соединениям с открытой структурой. К представителям других структур относятся новый селенид платины-висмута Pt3Bi2Se2 со структурой кубического паркерита, а также фазы типа Pd3MTe2 (M=Pb, Sn) со структурой типа NiAs. Показана возможность внедрения лития и палладия в структуры слоистых теллуридов на основе типа NiAs/Ni2In без принципиального изменения структурного мотива. Установлены электрофизические характеристики для новых фаз внедрения. Выработан подход к описанию электронной структуры и анализу химической связи в низкоразмерных гетерометаллических фазах, включающий комбинацию неэмпирических квантовохимических зонных расчетов в приближении теории функционала электронной плотности с базисами присоединенных плоских волн (DFT/FP-LAPW) с топологическим анализом функции электронной локализации и индикатора электронной локализуемости и анализом распределения электронной плотности в рамках теории QTAIM Р.Бэйдера, позволивший объяснить ключевые различия в образовании и устойчивости гетерометаллических фрагментов со связями "переходный металл-непереходный металл 13-15 групп" для никеля, палладия и платины. Кроме того, была показана принципиальная необходимость учета спин-орбитальных взаимодействий для квантовохимического моделирования структур теллургалогенидов висмута и расчетов их физических свойств. | ||
| 2 | 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. | Гетероструктуры на основе связей "металл-металл": дизайн, синтез и управление свойствами |
| Результаты этапа: Проведен направленный поиск и исследования новых гетероструктур на основе гетерометаллических связей «переходный-непереходный металл» в более чем 25 тройных и четверных системах. В результате поиска обнаружен ряд новых фаз, относящихся к разным типам структур на основе интерметаллическим мотивов NiAs/Ni2In и Cu3Au. Полностью охарактеризована кристаллическая и электронная структура четырех новых блочных фаз на основе палладия и платины – Pd5InSe, Pt5InAs, Pd8In2Se и Pt8In2As. Все соединения кристаллизуются в тетрагональной сингонии, пр.гр. P4/mmm, и построены путем сочетания кубооктаэдрических фрагментов [Pd12In] ([Pt12In]) и тетрагональных призм [Pd8Se] ([Pt8As]). Соединения Pd8In2Se и Pt8In2As относятся к новому структурному типу, в котором гетерометаллический блок удвоен по высоте. Кроме того, получено принципиально новое соединение Pd17In4Se4, также построенное на основе кубооктаэдрических фрагментов, но содержащее в структуре одномерные каналы. По данным квантовохимических расчетов все соединения являются парамагнетиками Паули и характеризуются анизотропией металлической проводимости. Проведено успешное внедрение железа, лития, палладия и РЗЭ (La, Ce) в структуры слоистых фаз типа Ni3-xMTe2 (M=Ga, Ge, Sn). При этом принципиального изменения мотива кристаллической структуры не происходит. По данным порошковой дифракции и мессбауэровской спектроскопии на ядрах Fe-57 и Sn-119 установлен характер замещения никеля вводимым металлом и предпочтительные для замещения позиции, которыми являются во всех случаях являются положения в ван-дер-ваальсовой щели. Установлена взаимосвязь между характером замещения железом никеля и возникновением ферромагнитного упорядочения в замещенных образцах. В системах Bi-Mn-Te, Bi-Co-Te синтезированы новые слоистые соединения на основе структуры тетрадимита с частичным замещением висмута в слоях на атомы переходного металла. При помощи "мягкого" синтеза при 60-75оС в ионных жидкостях с ультразвуковой активацией получены богатые металлом теллургалогениды висмута со структурой на основе CdI2. С использованием передового подхода, сочетающего расчеты электронной структуры высокого уровня для периодических систем с топологическим анализом современных индикаторов электронной локализуемости и квантовую теорию атомов в молекулах, охарактеризована электронная структура и химическая связь в новых низкоразмерных фазах на основе интерметаллических фрагментов, а также в исходных интерметаллических структурах. Показано понижение числа электронов, учпствующих в образовании связей «металл-металл» во фрагментах одинаковой геометрии на основе палладия и платины по сравнению с никелевыми, что приводит к понижению прочности соответствующих связей. Показано также, что ключевой особенностью соединений на основе платины является склонность к образованию парных взаимодействий «платина-платина» наряду с многоцентровыми «платина-непереходный металл». | ||
| 3 | 1 января 2014 г.-25 декабря 2014 г. | Гетероструктуры на основе связей "металл-металл": дизайн, синтез и управление свойствами |
| Результаты этапа: Проведен обширный направленный поиск соединений блочного и слоистого типа, построенных по принципу молекулярных гетероструктур. Получен ряд новых соединений заданного типа, изучено их кристаллическое строение, электронная структура, охарактеризованы электрофизические и магнитные свойства, описана химическая связь. На большом массиве полученных данных сделаны выводы о взаимосвязи между кристаллическим и электронным строением полученных гетерометаллических соединений и проявляемыми ими физико-химическими свойствами. Полученная информация позволяет углубить представления о строении и химической связи в таких фазах и усовершенствовать принципы их дизайна. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".