КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 14-23-00176

НазваниеМеталлсодержащие молекулярные и супрамолекулярные архитектуры как прекурсоры для направленного получения функциональных материалов и покрытий

РуководительЕременко Игорь Леонидович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2014 г. - 2016 г.  , продлен на 2017 - 2018. Карточка проекта продления (ссылка)

Конкурс№2 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований коллективами существующих научных лабораторий (кафедр)».

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-203 - Химия координационных соединений

Ключевые словаГомо- и гетерометаллические координационные соединения, переходные металлы, лантаниды, синтез, строение, магнитные свойства, фотолюминесценция, термическое разложение, функциональные неорганические материалы, гибридные материалы, пленки, покрытия

Код ГРНТИ31.17.15


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект посвящен развитию научной базы для направленного получения полиядерных координационных соединений определенного состава и строения, пригодных для создания широкого спектра материалов и покрытий с различными физическими свойствами на основе методов термического разложения, внедрения в слоистые структуры известных материалов (например, MoS2 и его аналогов) с последующим термолизом или без него, а также путем напыления или осаждения (из растворов) на различные подложки. Варьирование состава и строения молекул-прекурсоров позволит установить наиболее эффективные способы управления свойствами получаемых материалов и покрытий и обеспечения их однородности. Для решения поставленной задачи будут синтезированы, структурно охарактеризованы и изучены при помощи широкого набора физико-химических методов новые полиядерные координационные соединения металлов, а также материалы на их основе, принадлежащие к нескольким группам: 1) гомометаллические; 2) стехиометрические гетерометаллические, в которых сочетаются атомы металлов различной природы; 3) нестехиометрические, полученные в процессе синтеза или сокристаллизацией индивидуальных изоструктурных соединений. В последнем случае появляется возможность превращения известных гомо- и гетерометаллических структур в новые архитектуры за счет изоморфного замещения ионов металлов, которое может быть статистическим или по отдельным позициям, что в принципе позволяет существенно расширить возможности варьирования свойств , определяемых природой металлоцентров при сохранении кристаллической упаковки. Сочетание разных по природе металлов (например, p- и d-металлов, или d- и f-металлов, или p-, d- и f-металлов одновременно) в молекуле комплекса позволяет контролируемо варьировать физические свойства (например, магнитные, люминесцентные, проводящие и др.) таких соединений, а также менять функциональные характеристики материалов, для которых упомянутые молекулы будут использованы в качестве прекурсоров. Особое внимание будет уделено синтезу новых магнитоактивных высокоспиновых полиядерных комплексов, проявляющих спин-спиновые обменные взаимодействия, эффект магнитного упорядочения или спин-кроссовера, фотоактивных молекул и систем, дающих какой-либо регистрируемый отклик на различные виды внешнего воздействия (УФ-облучение, трение, давление, удар, химическое взаимодействие с определенными веществами), а также соединений, обладающих комбинацией этих свойств, например, магнитной активностью и фотолюминесценцией одновременно. В качестве молекул-прекурсоров на стадии химической сборки будут отбираться соединения с определенным составом (например, по соотношению металлов), и для них будут изучены пути термического разложения и возможности сохранения состава при термическом формировании материала при относительно низких температурах (< 500-600 oC). Будут исследованы пути формирования продуктов внедрения молекул-прекурсоров в межслоевое пространство MoS2 (и его аналогов), а также возможности проведения химических реакций в межслоевом пространстве молибдендисульфидной матрицы, выступающей в качестве своеобразного химического реактора, из металлофрагментов различной ядерности. С учетом имеющегося научного задела, полученного в результате выполнения уже завершенных проектов, поддержанных ИНТАС, РФФИ и Президиумом РАН, предполагается распространить полученные методологии «молекула-прекурсор – материал» на направленное получение различных наноразмерных материалов: композитов, нанокристаллов, сверхтонких пленок и покрытий. В дополнение к этому будут изучены пленки и покрытия, полученные в результате процессов напыления или осаждения из растворов молекул-прекурсоров на различные подложки.

Ожидаемые результаты
Будут разработаны эффективные методики получения новых магнитоактивных полиядерных гетерометаллических комплексных соединений-прекурсоров с различными сочетаниями атомов металлов (p- и d-металлы, разные d-элементы, p-металлы и разные d-элементы, d- и f-элементы, а также p-металлы и d- и f-элементы), среди которых отдельное внимание будет уделено молекулярным системам проявляющим фотолюминесценцию. Для всех новых соединений будут определены состав, строение (в кристаллическом виде) и физико-химические свойства (спектральные, магнитные и др. свойства). Будут изучен термолиз синтезированных комплексов (в диапазоне 20-800оС) в инертной атмосфере и воздухе и возможные фазовые превращения молекул-прекурсоров (включая низкотемпературную область до -150оС). На основании данных термического разложения будут определены оптимальные условия получения фаз металлосодержащих материалов, в том числе наноразмерных, что позволит разработать способы получения объемных образцов и изучить их физические свойства. Тонкие пленки будут получены посредством вакуумного напыления или с помощью предварительного нанесения комплексов металлов из растворов на поверхность различных подложек с возможной последующей температурной обработкой. В рамках проекта планируется разработка методик термического разложения молекулярных соединений в матрицах слоистых неорганических соединений (например, MoS2 или его аналогов) и в высококипящих растворителях с целью получения новых магнетиков, а также фотомагнетиков. Будут получены данные о реакционной способности комплексов в межслоевом пространстве слоистых матриц, которые способны выполнять роль нанореакторов. Полученные перечисленными методами материалы в виде объемных образцов, нанопорошков, нанокристаллов, а также сверхтонких моно- и многослойных покрытий будут представлять собой объекты перспективные в качестве компонент современной электронной техники (элементы памяти, дисплеев, сенсоров, светоизлучающих диодов), защитных покрытий, композитных материалов и катализаторов. Разрабатываемые технологии получения такого рода материалов экономически выгодны при разработках новых устройств и совершенствовании существующих, поскольку программирование состава будущего вещества или покрытия, а иногда и его свойств возможно на уровне молекулярного предшественника, из которого в относительно мягких условиях (менее 500-600 оС) после удаления «органической части» молекул можно будет получить требуемый материал. При этом заметим, что, например, технологии по синтезу сложных гетерометаллических оксидов или манганитов лантанидов предусматривают процессы проходящие при высоких температурах (> 1000 oC) в течение десятка часов. Именно такие условия необходимы для получения однофазных образцов из смеси оксидов металлов. Растворимость в водных и/или органических средах и низкие температуры разложения целевых гетерометаллических комплексов или смеси молекулярных соединений позволяют получать гибридные материалы с различными типами термически стабильных матриц (например, слоистых неорганических структур типа дисульфида молибдена или силиконовых полимеров). В случае устойчивости матрицы в процессе термического разложения комплекса, деструкция последнего позволит получать неорганические металлосодержащие фрагменты, а возможно и наноразмерные частицы непосредственно введенные (за счет химического или физического взаимодействия) в матрицы. Полученные результаты будут весьма важны для фундаментальных исследований зависимости электронного строения, магнитных свойств, люминесцентных характеристик и редокс-свойств координационных соединений-прекурсоров и образующихся в результате их превращений неорганических веществ и материалов от их состава и молекулярного и кристаллического строения. Следует отметить, что представленное исследование является новым как по своей идеологии, так и по эксперименту, поскольку линейку «химическая сборка нужной молекулы-прекурсора» - «исследование физических свойств прекусора и его отбор» - «мягкий термолиз прекурсора или внедрение в слоистую структуру» - «исследование полученного материала» пока, насколько нам известно, никто не осуществлял. Известные разработки получения металлов или оксидов и халькогенидов металлов связаны с использованием металлорганики (карбонилов, циклопентадиенилкарбонилов, сэндвичевых комплексов и др.) при испарении на нагретую поверхность. Из координационных соединений в этом плане популярны моноядерные ацетилацетонатные комплексы и лишь в некоторый случаях простейшие кабоксилаты (ацетаты или формиаты) [см. например, Сыркин В.Г. CVD-метод. Химическое парофазное осаждение. М.: Наука, 2000; Грибов Б.Г. и др. Осаждение пленок и покрытий разложением металлоорганических соединений. М.: Наука, 1981]. Лишь в последнее время стали появляться работы по получению материалов из полиядерных комплексных соединений [см. например, А.В. Рудченко и др Укр. хим. журн. 9/10 (2004) 61; Ю.К. Пирский и др. Reports National Acad. Sci. of Ukraine, 6 (2008) 133], к которым также можно отнести, работы О. Карпа и соавторов по разложению гетерометаллических трехъядерных карбоксилатных кластеров [O. Carp et all, J. Therm. Anal. Calorim. 74 (2003) 789] и М. Хамида по синтезу смешанно-металлических Cu–Co и Ni–Cu оксидных пленок [M. Hamid et all, Inorg. Chem. 45 (2006) 10457]. Результаты исследований будут представлены на всероссийских и международных конференциях, а также опубликованы в высокорейтинговых научных журналах как у нас в стране, так и за рубежом. Отдельные результаты предполагается включить в дипломные и кандидатские диссертации молодых участников проекта.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2014 году
На основе полученных данных показано влияние угла (O2C)C‒C‒C(CO2) в анионах замещенных дималоновых кислот R2Mal2- на функциональные свойства и строение образующихся комплексов меди(II) с 2,2';6',2"-терпиридином. Если значение угла (O2C)C‒C‒C(CO2) составляет ~100o, то следует ожидать монодентатное связывание одной карбоксилатной группы с металлоцентром и возможность формирования полиядерных структур при связывании моноядерных фрагментов. Увеличение угла до ~123o приводит к хелатному связыванию дианиона R2Mal2- и образованию моноядерного комплекса. Таким образом, варьирование угла (O2C)C‒C‒C(CO2) в анионах R2Mal2- на ~12o может приводить к значительным изменениям в составе и строении конечных молекул, что позволяет использовать этот эффект в качестве своеобразного инструмента для управления формированием молекулярных или полимерных комплексов с магнитными атомами Cu(II), связанными с анионами производных малоновой кислоты. Разработаны синтетические подходы к синтезу и химической модификации Co-Ln гетерометаллических комплексов состава [Co2Ln(Piv)6(NO3)(MeCN)2]. Замещение нейтральных молекул ацетонитрила на N-донорные молекулы позволяет получать молекулярные комплексы с моно-, бис- и трискоординированными лигандами, при этом геометрия металлоостова меняется незначительно. Замена пивалатных лигандов на анион 4-фенилбензойной кислоты в аналогичном цинк-содержащем комплексе приводит к образованию трехъядерного комплекса [Zn2Eu(NO3)(PhC6H4CO2)6(py)2] с сохранением металлоостова. А введение α-нафтилуксусной кислоты сопровождается частичной деструкцией исходного соединения с образованием новых тетраядерных комплексов [Zn2Eu2(α-naphac)10(py)2] и [Zn2Eu2(NO3)4(α-naphac)6(4,4’-dimet-2,2’-bpy)2]. Эффект самопроизвольной перестройки обусловлен влиянием природы заместителя на структуру образующихся комплексов. Получены и структурно охарактеризованы гетерометаллические комплексы 3d-металлов, в том числе полиядерные комплексы кобальта(II) и никеля(II) с редокс-активным 1,1’-дипиридазинилферроценом. Исследованы магнитные свойства этих уникальных соединений и проведены расчеты величин обменных параметров. Изучена химическая устойчивость трехъядерных соединений [Fe2MO(Piv)6(HPiv)3] (M = Ni2+, Co2+) в растворе и показано, что стабилизация трехъядерного остова {Fe2CoO(Piv)6} в растворе возможна в присутствие пиридина, а мягкий термолиз таких соединений в растворе неполярного гексана в отсутствие органических N-доноров или в присутствие избытка пивалиновой кислоты сопровождается формированием комплексов с гексаядерным металлоостовом {Fe2Co4O2(Piv)10}. Термическая деструкция твердых фаз [Fe2MO(Piv)6(HPiv)3] (M = Ni2+, Co2+) позволяет выделить ферриты никеля или кобальта при температурах до 327 оС в атмосфере воздуха и 440 oС в атмосфере аргона. Согласно данным РФА и электронной микроскопии образующиеся ферриты представляют собой наночастицы размером до 50 нм. Так же были получены и охарактеризованы пленки NiFe2O4 на подложке (100) SrTiO3 и (100) MgO, которые представляют собой поликристаллическую фазу NiFe2O4 с высокой степенью кристалличности. Выполнено структурное исследование полиядерных комплексов с атомами молибдена и магния, связанных метоксидными мостиками. Анализ строения трех комплексов с числом металлических центров от 4 до 26 показал, что во всех исследованных комплексах в молекулах присутствует одинаковый фрагмент {Mo4O8(OCH3)2}2, из чего можно сделать вывод об устойчивости этого «синтона» и образовании его на одной из первых стадий реакционного процесса. Исследовано взаимодействие трехъядерных комплексов 3d металлов (Fe, Co) с ацетатными, пивалатными и бетаиновыми лигандами ([Fe3O(Piv)6(H2O)3]+, [Fe3O(OAc)6(H2O)3]+, [CoFe2O(py)3(bet)6]6+) с монослоевыми частицами дисульфида молибдена (MoS2)x-, полученными расслаиванием кристаллов LiMoS2 в водно-органических средах. Определены и проанализированы состав и кристаллическое строение тонкослойных частиц MoS2 и композитных слоевых структур на их основе, которые, как было установлено, формируются в процессе расслаивания-сборки кристаллов MoS2 в отсутствии и в присутствии комплексов, соответственно. Выявлено распределение металлосодержащих фрагментов, встраивающихся в композитные слоевые структуры на основе MoS2. Установлены характеристики периодичности и дисперсности образующихся слоистых материалов и влияние комплексов на эти характеристики. Результаты выполненных исследований частично опубликованы в четырех статьях и представлены на двух научных конференциях.

 

Публикации

1. Гоголева Н.В., Зорина-Тихонова Е.Н., Кискин М.А., Сидоров А.А., Еременко И.Л. Влияние геометрических параметров аниона замещенной малоновой кислоты на координационное окружение атомов CuII, связанных с 2,2´;6´,2″-терпиридином Известия Академии наук. Серия химическая, Москва, №12, C. 2741-2747 (год публикации - 2014) https://doi.org/10.1007/s11172-014-0809-y

2. Гольдберг А.Е., Александров Г.Г., Богомяков А.С., Кискин М.А., Колотилов С.В., Утепова И.А., Сидоров А.А., Чупахин О.Н., Еременко И.Л. Обменные взаимодействия в комплексах кобальта (II) и никеля (II), содержащих металлоостовы М4(m3-OH)2 с топологией искаженного ромба Теоретическая и экспериментальная химия, Киев, Т. 50, №6, С. 360-366 (год публикации - 2014) https://doi.org/10.1007/s11237-015-9389-7

3. Гольдберг А.Е., Кискин М.А., Николаевский С.А., Зорина-Тихонова Е.Н., Александров Г.Г., Сидоров А.А., Еременко И.Л. Структурные эффекты заместителя в карбоксилатном анионе на примере α- и b-нафтоатных комплексов Co(II), Ni(II), Cu(II) и Zn(II) Координаицонная химия, МАИК Наука/Интерпериодика, Москва, - (год публикации - 2015)

4. Кузнецов Д.А., Федянин И.В., Лысенко К.А., Баженова Т.А. Retrosynthetic approach to the design of molybdenum–magnesium oxoalkoxides Dalton Transactions, Royal Society of Chemistry, London, V. 43, P. 12876–12885 (год публикации - 2014) https://doi.org/10.1039/c4dt01035c


Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Исследовано влияние природы гетерометалла на строение молекулярных комплексов кобальта {M–Co(II)} (M = Li(I), Mg(II), Eu(III)) с анионами 2-нафтойной кислоты. Сопоставление структурных характеристик новых {Co-M} гетерометаллических комплексов [(2,2′-bpy)2Li2Co2(naph)6], [(2,4-Lut)2Co2Mg(naph)6] и [(2,2′-bpy)2(EtOH)2Co2Eu2(naph)10] (naph = анион 2-нафтойной кислоты) с полученными нами ранее близкими по строению гетерометаллическми карбоксилатами и гомометаллическим трехъядерным кластером [(2,2’-bpy)2Co3(naph)6] показывает, что ключевыми факторами, влияющими на состав и строение металлоостова во вновь формирующихся гетероядерных структурах, являются характеристики «гетерометалла» (размер, электронная структура, координационное окружение (КЧ)). Например, для данного типа структур, уменьшение или увеличение ионного радиуса и изменение электронных характеристик «гетерометалла» (по сравнению с величиной известной для иона кобальта(II)), а также координационного числа, на примере иона лития(I) (0.68 Å, КЧ = 4) и европия(III) (0.95 Å, КЧ = 8–9), приводит к перестройке исходного трехъядерного металлоостова Со3 с образованием тетраядерных комплексов. Кроме того, следует учитывать природу и строение апикальных органических N-донорных лигандов, зачастую блокирующих процессы олигомеризации или полимеризации возникающих молекулярных интермедиатов. Изучено влияние природы углеводородного заместителя в дианионе R2mal2- на архитектуру образующихся гетерометаллических координационных полимеров в системе CuSO4–Ba(R2mal) (R2mal2- – анион 1,1-циклопропандикарбоновой (H2Cpdc), 1,1-циклобутандикарбоновой (H2Cbdc) или бутилмалоновой (H2Bumal) кислоты). Показано, что выделенные координационные полимеры [BaCu(Cpdc)2]n, [BaCu(Cbdc)2(H2O)]n, [Ba3Cu3(Bumal)6(H2O)11]n∙2n(H2O) и [BaCu(Cbdc)2]n могут быть использованы в качестве прекурсоров для термических синтезов материалов, а именно купрата бария, при весьма мягких условиях (до 500 оС). Наилучший результат наблюдается в случае термолиза [BaCu(Cpdc)2]n, когда формируется практически индивидуальная фаза кубического BaCuO2 с параметром a = 18.2791(8) Ǻ. Методом рентгенофотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) исследовано электронное строение гетерометаллических трехъядерных кластеров [Fe2MO(Piv)6L3] (M = Mn, Fe, Co, Ni; Piv = анион триметилуксусной кислоты, L = HPiv, H2O, пиридин, пиримидин). Определена корреляция характеристик РФЭС с изменением электронного строения комплексов при варьировании лигандного окружения. Предложен альтернативный подход по модификации металлотреугольников посредством твердофазного термолиза комплексов (до 200 оС) с последующей перекристаллизацией продуктов реакции из низкокипящих растворителей. В результате удаления молекул пивалиновой кислоты из состава комплексов [Fe2MO(Piv)6(HPiv)3] (M = Zn, Mn) и перекристаллизации полученных продуктов термолиза из диэтилового эфира были выделены с высоким выходом новые кластеры состава [Fe4Zn3(O)3(Piv)12H2O] и [Fe4Mn2(O)2(Piv)10(O2CH2)(HPiv)2], соответственно. Показано, что при более жестком термолизе кластеров[Fe2MO(Piv)6(HPiv)3] (до 500 оС) размер наночастиц ферритов металлов, образующихся при этом в атмосфере воздуха, растет с увеличением температуры процесса (Fe2NiO4: с 9.1(1) нм при 350 оС до 24.7(1) нм при 500 оС; Fe2CoO4: с 11.4(1) нм при 350 оС до 23.5(2) нм при 500 оС) и времени термообработки. Определены химические условия для трансформации 4,5-диметил-1,2-фенилендиамина (L) в семибензохинондииминную (sbqdi) π-радикальную форму с последующим образованием диамагнитных комплексов путём димеризации радикалов при взаимодействии L с пивалатом никеля(II). Квантово-химическими расчётами показано, что L в процессе реакции дважды депротонируется и претерпевает одноэлектронное окисление, переходя в семибензохинондииминную (sbqdi) форму. На следующей стадии идет образование катион-радикального комплекса [Ni(sbqdi)(bqdi)]+· и затем происходит димеризация катион-радикальных фрагментов с образованием биядерного комплекса с закрытой электронной оболочкой. Анализ данных монокристального рентгеноструктурного анализа (длин связей и валентных углов) конечной структуры показывает, что в результате димеризации происходит трансформация радикальной sbqdi-формы в нейтральную бензохинондииминную (bqdi) форму в дикатионе [Ni(bqdi)2]22+, не содержащим мостиковых лигандов, но имеющим неожиданно короткое расстояние между атомами Ni (2.81 Å). Найдены условия для окислительного дегидрирования 4,5-диметил-1,2-фенилендиамина (L) в реакции с пивалатом меди с образованием комплекса [CuL2], где L2 = бис-азолиганд, cформированный при окислительном дегидрировании трёх молекул L (см. полный отчет). Изучено электрохимическое поведение этого комплекса. С использованием комбинированного анализа изучено строение и физико-химические характеристики биядерного комплекса меди(II) [Cu2(µ-HPzOx)2Cl2Py2] (HPzOx – пиразол оксимат). Согласно результатам анализа распределения электронной плотности, в кристалле атомы меди не имеют общей поверхности, их полиэдры Вороного и поверхности Хирфельда не соприкасаются, а, значит, они взаимодействуют только через атомы лиганда, что согласуется с данными магнетохимии (антиферромагнитные обменные взаимодействия со следующими параметрами -2J = 203 см-1) и квантовохимических расчетов (-2J = 220 см-1). Исследовано влияние сольватационных эффектов на спектральные и магнитные свойства синтезированного координационного полимера кобальта(II) [Co(Piv)2(4-ptz)(EtOH)2]n (-ptz = 2,4,6-трис-(4-пиридил)-1,3,5-триазин), который представляет собой 1D структуру. Найдены условия образования несольватированной формы [Co(Piv)2(4-ptz)]n, которая обратимо сорбирует воду, спирты и др. донорные молекулы. Так же показано, что десольватация приводит к изменениям цвета соединения и спектральным характеристикам (спектры отражения в УФ области, ИК-спектры), что подтверждает трансформацию полиэдра кобальта(II) с КЧ = 6 до КЧ = 5 (квадратная пирамида или тригональная бипирамида). Найдено, что подобные превращения можно фиксировать путем магнитных измерений. При этом в результате десольватации [Co(Piv)2(4-ptz)(EtOH)2]n значение χMT для [Co(Piv)2(4-ptz)]n уменьшается более чем 2 раза во всем интервале температур (2-300 К), что напрямую связано с изменением координационного окружения иона кобальта(II) до тетраэдрического и, таким образом, «выключению» спин-орбитального взаимодействия для иона кобальта. Ресольватация образца [Co(Piv)2(4-ptz)]n водой и этанолом сопровождается восстановлением значений χMT до уровня, наблюдаемого для исходного образца [Co(Piv)2(4-ptz)(EtOH)2]n. Показана принципиальная возможность получения перовскитоподобных кобальтатов и никелатов в результате термораспада органометаллических гетероядерных молекул: термолиз молекулярных комплексов [Co2Ln(Piv)6(NO3)(MeCN)2] (Ln = Ce, Nd, Sm, Eu) при температуре до 530 оС в атмосфере воздуха приводит к образованию кобальтатов лантанидов (LnCoO3, где Ln = La, Ce, Nd, Sm, Eu). Так же выделены и охарактеризованы никелаты лантана и самария. На примере гомо- и гетерометаллических комплексов с остовом {Fe3O} и {Fe2M}, внедренных в межслоевое пространство MoS2, с последующей термообработкой были получены нанодисперсные композиты MoS2 с сильным нарушением трехмерного упорядочения и встраиванием кластеров. Изучение магнитных свойств полученных новых композитов показало, что магнитное поведение полученных материалов соответствует парамагнитным системам с преобладающими антиферромагнитными взаимодействиями. Можно предполагать, что размер возникающих новых кластеров железа не слишком велик для того, чтобы проявлять свойства магнитного упорядочения при низких температурах. Но также нельзя исключать взаимодействие возникающих новых магнитных кластеров с матрицей, которая подавляет эти эффекты.

 

Публикации

1. Вологжанина А.В., Кац С.В., Пенкова Л.В., Павленко В.А., Ефимов Н.Н., Минин В.В., Еременко И.Л. Combined analysis of chemical bonding in Cu(II) dimer using QTAIM, the Voronoi tessellation, and the Hirshfeld surface approach Acta Crystallographica Section B, B71, 543–554 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1107/S2052520615015279

2. Гольдберг А.Е., Кискин М.А., Николаевский С.А., Зорина-Тихонова Е.Н., Александров Г.Г., Сидоров А.А., Еременко И.Л. Структурные эффекты заместителя в карбоксилатном анионе на примере α- и -нафтоатных комплексов Co(II), Ni(II), Cu(II) и Zn(II) Координационная химия, 41, № 3, с. 163–169 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1134/S1070328415030021

3. Гольдберг А.Е., Николаевский С.А., Кискин М.А., Сидоров А.А., Еременко И.Л. Синтез и строение гетерометаллических комплексов M–Co(II) (M = Li(I), Mg(II), Eu(III)) с анионами 2-нафтойной кислоты. Влияние гетерометалла на строение комплекса Координационная химия, 41, № 12, с. 707–717 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1134/S1070328415120015

4. Доброхотова Ж.В., Гоголева Н.В., Зорина-Тихонова Е.Н., Кискин М.А., Чернышев В.В., Емелина А.Л., Быков М.А., Сидоров А.А., Богомяков А.С., Ковба М.Л., Новоторцев В.М., Еременко И.Л. Materials synthesized from molecular precursors. I. The use of malonate coordination polymers with Cu(II) and Ba(II) atoms for barium cuprate preparation European Journal of Inorganic Chemistry, Issue 19, P. 3116–3127 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1002/ejic.201500243

5. Иванова Т.М., Кочур А.Г., Маслаков К.И., Кискин М.А., Савилов С.В., Лунин В.В., Новоторцев В.М., Еременко И.Л. XPS study of the electron structure of heterometallic trinuclearcomplexes Fe2M(µ3-O)(µ-Piv)6(HPiv)3(M = Mn, Co, Ni) Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 205, 1-5 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1016/j.elspec.2015.07.002

6. Калякина А.С., Уточникова В.В., Бушмаринов И.С., Ананьев И.В., Еременко И.Л., Волж Д., Рёнике Ф., Чеперс У., Ван Дейн Р., Тригуб А.Л., Зубавичус Я.В., Кузьмина Н.П., Бразе С. Highly Luminescent, Water-Soluble Lanthanide Fluorobenzoates: Syntheses, Structures and Photophysics, Part I: Lanthanide Pentafluorobenzoates Chemistry - A European Journal, 21, Issue 49, 17921–17932 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1002/chem.201501816

7. Кузнецов Д.А., Федянин И.В., Комарова Н.С., Шилов Г.В., Мартыненко В.М., Васильев С.Г., Кривенко А.Г., Лысенко К.А., Баженова Т.А. Developing Pathways to the Synthesis of Low-Valence Molybdenum Methoxides: Preparation, Characterization, and Redox Chemistry of Dimeric and Tetrameric Molybdenum Alkoxide Clusters European Journal of Inorganic Chemistry, Issue 4, 715–724 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1002/ejic.201403032

8. Полунин Р.А., Бурковская Н.П., Сацкая Я.А., Колотилов С.В., Кискин М.А., Александров Г.Г., Кадор О., Уаб Л., Еременко И.Л., Павлищук В.В. Solvent-Induced Change of Electronic Spectra and Magnetic Susceptibility of CoII Coordination Polymer with 2,4,6-Tris(4-pyridyl)-1,3,5-triazine Inorganic Chemistry, 54 (11), 5232–5238 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.5b00179


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
1. Синтез полиядерных молекул, исследование их строения и физико-химических свойств. В 2016 году мы сосредоточились на изучении подходов к синтезу молекулярных магнитоактивных комплексов с ионами Li и «магнитного» V(IV) (S = ½) и обнаружили, что реакция трифторметансульфоната ванадила [VO(H2O)5](otf)2 с 2,2'-дипиридилом и Li(Piv) (Piv – анион триметилуксусной кислоты), в соотношении 1:1:2 в MeCN приводит к образованию кристаллов биядерного комплекса ванадия(IV) [(VO)2(µ-OH)(µ-Piv)2(bpy)2](otf) (1), не содержащего ионы лития. Однако при изменении соотношения реагентов на 1:1:3 формируется гетероядерный комплекс [Li2(VO)2(µ-Piv)6(bpy)2] (2). При этом в зависимости от выбора растворителя для кристаллизации комплекса 2 образуются сольваты 2·MeCN и 2·CH2Cl2. Замена Li(Piv) в исходной реакции на трифторацетат, Li(Tfa) (Tfa – анион трифторуксусной кислоты), приводит к формированию комплекса [Li2(VO)2(µ-Tfa)6(bpy)2] (3). Выделенные комплексы 1-3 охарактеризованы данными рентгеноструктурного анализа. Согласно магнетохимическим измерениям (зависимость χT от Т), в комплексе 1 между двумя ионами ванадия(IV) (S = 1/2) реализуются сильные обменные взаимодействия антиферромагнитного характера (2J = –325.0 см-1), а в спектре ЭПР наблюдается уширение центральной линии и появление «запрещенного» перехода в «половинном» поле. Появление «непроводящих» ионов Li в мостиковой системе гетероядерных 2 и 3 фактически перекрывает канал спин-спинового обмена между ионами V(IV) (2J = –0.60 и –1.60 см-1 соответственно для 2 и 3). Получен ранее неизвестный гетероядерный комплекс [Li2Ni2(piv)6(py)4] (5) с ионами лития и никеля, строение которого установлено рентгеноструктурным анализом (Li···Ni, 3.056(5) Å; Li···Li 2.710(10) Å; Ni–N 2.062(2) и 2.120(2) Å). Обнаружена необычная перестройка зигзагообразного металлофрагмента Co…Li…Li…Co, наблюдаемая в молекулах [L2Li2Co2(Piv)6], где L – бидентатный донор, до практически линейной в новом гетероядерном комплексе [(terpy)2Li2Co2(Piv)6] (6, во фрагменте {Li2(µ-Piv)2}: Li…Li 3.64(2) Å, Li–O 2.014(13), 2.038(13) Å; во фрагменте {(terpy)Co(Piv)2}: Co–N 2.022(6)–2.116(6) Å), Co–O 2.035(5), 2.041(5) Å), где terpy занимает три координационных места у атома Co(II). С целью создания новых вторичных строительных блоков (SBU) на основе комплексов Zn нами был получен новый {Li-Zn} комплекс [Li2Zn2(Piv)6(py)2] (7), строение которого аналогично упомянутым комплексам с зигзагообразными фрагментами Li2M2. В продолжение работ по синтезу молекулярных комплексов на основе трехъядерного фрагмента {Co2Ln(NO3)(Piv)6} нами была получена и охарактеризована серия комплексов состава [Co2Ln(NO3)(Piv)6(Ph-Py)2] (8 – 12), где Ln = La (8), Eu (9), Gd (10), Dy (11), Ho (12), а Ph-Py соответствует 2-фенилпиридину. Рентгеноструктурный анализ, выполненный в интервале температур 295–80 K, показал, что соединения из ряда [Co2Ln(NO3)(Piv)6(Ph-Py)2] можно разделить на типы по присутствию (или отсутствию) термически индуцированных структурных фазовых переходов (ФП). На примере соединения с атомом Eu было установлено, что при понижении температуры от 160 до 100 K происходит поворот только одного фенильного заместителя относительно плоскости пиридинового фрагмента (на ≈108°), который вызывает увеличение межатомных расстояний Co…Eu и Co…Co на 0.03–0.04 и 0.08 Å соответственно, уменьшение угла Co–Eu–Co на 6° и перестройку межмолекулярных C-H…O взаимодействий. Учитывая принципиальную возможность магнитного отклика на структурные изменения, вызванные ФП, мы осуществили детальные магнетохимические исследования обсуждаемой серии Co2Ln-соединений. Было обнаружено, что в комплексе с Ln = La внутримолекулярные обменные взаимодействия между ионами Co2+ не реализуются. Магнетохимическое поведение этого комплекса удалось описать с учётом расщепления в нулевом поле для ионов кобальта(II) (g = 2.31, D = 14.34 см-1). Комплекс с Ln = Gd проявляет слабые ферромагнитные обменные взаимодействия. В случае Ln = Ho, Sm мы наблюдали резкое уменьшение значения µэфф при низких температурах, которое может быть обусловлено как эффектом Зеемана, так и слабыми антиферромагнитными обменными взаимодействиями между ПМЦ. Магнетохимическое поведение комплексов с Ln = Dy является нетривиальным. На кривых зависимости µэфф от T ниже 200 K наблюдаются аномалии которые могут быть обусловлены структурными ФП, связанными с изменением геометрии полиэдра Dy. Магнетохимические измерения серии соединений [Co2Ln(NO3)(Piv)6(Ph-Py)2], в переменном магнитном поле (AC measurements) выявили заметное отклонение значений мнимой части динамической магнитной восприимчивости (χ”) от нулевых значений у комплексов Ln = La, Eu в оптимальном внешнем магнитном поле напряженностью Н = 1000 и 2500 Э, соответственно Наличие ненулевых значений χ” свидетельствует о медленной магнитной релаксации, т.е. наличии у этих веществ свойств молекулярных магнетиков (SMM – Single Molecule Magnet). Учитывая диамагнетизм иона La3+, а также тот факт, что при низких температурах в комплексе Eu3+ реализуется диамагнитное основное состояние этого иона, можно заключить, что эффект SMM обусловлен исключительно свойствами ионов Co2+. Мы показали, что использование 1,4-диазабицикло[2.2.2.]октана (DABCO), 2,2’-этилендианилина (2-[2-(2-аминофенил)этил]фениламин, damb) и транс-1,2-бис(2-пиридил)этилена (1,2-bpe) при взаимодействии с [Co2Ln(Piv)6(NO3)(MeCN)2] позволяет синтезировать координационные полимеры, строение которых установлено методом рентгеноструктурного анализа. Так, в [Co2La(Piv)6(NO3)(µ-DABCO)]n (13) полимерная цепочка состоит из чередующихся фрагментов {Co2La(Piv)6(NO3)} и молекулы 1,4-диазабицикло[2.2.2.]октана, причем связывание атомов металлов в металлсодержащем фрагменте {Co2La(Piv)6(NO3)} в 13 аналогично наблюдаемым в исходном [Co2Ln(Piv)6(NO3)(MeCN)2]. Цепочечные полимеры [Co2Nd(Piv)6(NO3)(µ-damb)]n (14) и [Co2La(Piv)6(NO3)(µ-1,2-bpe)]n (15) аналогично вышеописанному полимеру, построены из связанных между собой трехъядерных фрагментов {Co2Ln(Piv)6(NO3)} и мостиковых молекул 2,2’-этилендианилина и транс-1,2-бис(2-пиридил)этиленом, соответственно. Показано, что при взаимодействии триметилацетата меди(II) с диметилмалонатами щелочных металлов в этаноле образуются полимеры различной размерности. Выделенные комплексы построены на основе устойчивого бисхелатного фрагмента {Cu(Me2mal)2}2-, координация атомов О карбоксилат-анионов которого ионами гетерометаллов, а также внедрение мостиковых молекул воды, приводит к формированию полимерных структур. Размерность варьируется от 1D- для лития {Li2(H2O)3[Cu(Me2mal)2]}n (15) и 2D- для натрия {Na2(EtOH)2[Cu(Me2mal)2]}n (16), до 3D- в случае калия {K8(H2O)6[Cu(H2O)(Me2mal)2)]2[Cu2(Me2mal)4]}n (17). Замещение же атомов К в 17 при действии нитратов Mg2+, Ni2+, Co2+ в растворе этанол-вода происходит не полностью и образуются гетерометаллические комплексы, сочетающие атомы металлов трех типов, {K2M(H2O)8[Cu(Me2mal)2][Cu(H2O)(Me2mal)2)]}n (M = MgII (18) или NiII (19)) и {K4Co3(Н2О)12(OH)2[Cu(Н2О)(Me2mal)2]2[Cu(Н2О)(Me2mal)2]2]}n (20). Размерность полученных полимеров также варьируется от 2D- для Mg и Ni до 3D- для Co. Магнитное поведение полученных соединений полимерного строения можно описать как совокупность магнитноизолированных ионов металлов, которые не взаимодействуют друг с другом, за исключением K-Ni-Cu комплекса 19, в котором, по результатам аппроксимации, наблюдаются ферромагнитные обмены (J(Ni-Cu) = 3.5 см-1) между ионами меди и никеля в тетраметрных фрагментах {Ni-Cu-Cu-Ni}. Результаты магнитных измерений подтверждаются данными ЭПР спектроскопии. Для синтеза гетероядерных железосодержащих оксо(гидроксо) карбоксилатов мы использовали процесс твердофазного термолиза ранее полученных трехъядерных карбоксилатов ([MFe2O(Piv)6(HPiv)3], где М = Zn, Mn, Ni) как в воздушной среде, так и в инертной атмосфере. В результате последующей кристаллизации получены и установлены структуры новых гексаядерных кластеров: из ацетона [Zn4Fe2(O)2(Piv)10] (22) и [Mn4Fe2(O)2(Piv)10(HPiv)4] (23). Введение в реакционную смесь N-донорного основания 1,10-фенантролина (phen) приводит к образованию структурно охарактеризованных молекулярных комплексов: [Zn2Fe3(O)2(Piv)9(phen)] (24), [NiFe2O(Piv)6(phen)·H2O]·0.5C6H5Me (25) и [Ni2Fe2(OН)2(Piv)8(phen)2] (26). По результатам регистрации спектров Мёссбауэра определено, что значения изомерных сдвигов (δ) и квадрупольных расщеплений (Δ) для упомянутых гетероядерных молекул соответствуют высокоспиновым ионам Fe3+ в октаэдрическом окружении атомов O2-, что согласуется с рентгеноструктурными данными. 2. От молекул к материалам: Получение нанокомпозитных соединений дисульфида молибдена с оксидом марганца (II,III) c использованием слоистых соединений MoS2 с гидроксокомплексами Mn(II) в качестве интермедиатов Было найдено, что взаимодействие дисперсий монослойных частиц MoS2 с солью Mn(CH3COO)2 в водных и спиртовых средах приводит к осаждению слоистых фаз состава Mnx(OH)2х-у(H2O)уMoS2 (x = 0.4-0.5). По дифракционным данным Mn-содержащие слои в них чередуются с монослоями MoS2 и имеют толщину ~5 Å. Процесс формирования целевой композитной структуры завершался частичным окислением осажденных соединений Mn и термообработкой. Полученные рентгенодифракционные данные показали, что наночастицы Mn3O4 формируются в изученных системах уже при 200°C. Размеры их кристаллитов в разных направлениях (по уширению дифракционных рефлексов) мало различаются и составляют ~ 15 нм, они увеличиваются до ~20 нм при повышении температуры до 500 °C. При этом во всех случаях размеры частиц оксида остаются в ~1.5 раза меньшими, чем в случае его формирования в тех же условиях, но в отсутствие слоев MoS2. 3. Структурные и физико-химические исследования. Основные результаты физико-химических исследований представлены в соответствующих разделах, при непосредственном описании получаемых соединений. Кроме этого было проведено исследование гетероядерных малых карбоксилатов [Fe2МО(O2CR)6(H2O)3](H2O)3 (M = Со, Ni; R = CH3, CCl3), используемых в качестве исходных молекул в различных синтезах по наращиванию металлоостова методом РФЭС, и было показано, что замена метильных групп CH3 в составе карбоксилатных лигандов в [Fe2МО(O2CR)6(H2O)3](H2O)3 (M = Со, Ni; R = CH3, CCl3) на более электроотрицательные CCl3 группы приводит к существенному изменению в связывании металлоцентров с лигандами. Оказалось, что упомянутая перегруппировка в изученных комплексах приводит к неожиданно большим энергетическим сдвигам 2p-, 3s- и 3p-линий фотоэлектронного спектра для всех ионов металлов в сторону больших энергий связи; величины этих сдвигов сопоставимы со сдвигами при изменении степени окисления атома 3d-металла. Дополнительно в рамках изучения особенностей электронного строения металлосодержащих блоков, пригодных для синтеза гетерометаллических комплексов, при помощи прецизионных рентгенодифракционных исследований кристаллов и квантовохимических расчетов изолированных молекул в серии нитратных комплексов европия Eu(NO3)3(bipy)2, Eu(NO3)3(phen)2, [Eu(NO3)3(H2O)4](H2O)2 и [EuCl2(H2O)6]Cl изучено влияние природы дополнительных лигандов на особенности связывания иона металла с нитрат-анионом. На основании полученных данных было показано, что энергии взаимодействий металл-лиганд четко коррелируют с межатомным расстоянием, что позволило расширить применимость таких оценок на изученные ранее структуры.

 

Публикации

1. Ананьев И.В., Нелюбина Ю.В., Пунтус Л.Н., Лысенко К.А., Еременко И.Л. Особенности связывания металл—лиганд в тринитратных комплексах европия с точки зрения сравнительного анализа распределения электронной плотности в кристаллах Известия Академии наук. Серия химическая, № 5, С. 1178-1188 (год публикации - 2016)

2. Гоголева Н.В., Зорина-Тихонова Е.Н., Богомяков А.С., Ефимов Н.Н., Александров Е.В., Уголкова Е.А., Кискин М.А., Минин В.В., Сидоров А.А., Новоторцев В.М., Еременко И.Л. Chemical design of heterometallic coordination polymers based on {Cu(Me2mal)2} fragment European Journal of Inorganic Chemistry, - (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1002/ejic.201601047

3. Голубь А.С., Лененко Н.Д., Зайковский В.И., Ефимов Н.Н., Доброхотова Ж.В., Баранчиков А.Е., Кискин М.А., Еременко И.Л. Modifying magnetic properties and dispersity of few-layer MoS2 particles by 3d metal carboxylate complexes Materials Chemistry and Physics, V. 183, P. 457-466 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2016.09.001

4. Гусев А.Н., Шульгин В.Ф., Риуш И.О., Лысенко К.А., Еременко И.Л., Линерт В. A new family of Co(II), Ni(II), Fe(II) triple helicate systems on 5,50-di(pyridin-2-yl)-3,30-bi(1,2,4-triazole) basis: Synthesis, structure and magnetic studies Inorganica Chimica Acta, - (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1016/j.ica.2016.10.040

5. Дорофеева В.Н., Мишура А.М., Литвиненко А.С., Грабовая Н.В., Кискин М.А., Колотилов С.В., Еременко И.Л., Новоторцев В.М. Строение и электрохимические свойства координационных полимеров меди(II) с лигнадами, содержащими нафтильный и антраценильный фрагменты Теоретическая и экспериментальная химия, Т. 52, № 2, С. 109-116 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1007/s11237-016-9458-6

6. Котов В.Ю., Илюхин А.Б., Бирин К.П., Лауринавичюте М.В., Садовников А.А., Доброхотова Ж.В., Козюхин С.А. Hybride halobismuthate light-harvesting material with optical band gap of 1.70 eV New Journal of Chemistry, V. 40, P. 10041-10047 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1039/C6NJ02333A

7. Кочур А.Г., Иванова Т.М., Линко Р.В., Кискин М.А., Колотилов С.В., Еременко И.Л. Влияние строения карбоксилатного лигандов на параметры 2p- 3s- и 3p-рентгеновских фотоэлектронных спектров атомов 3d-металлов в трехъядерных гетерометаллических комплексах [Fe2МО(O2CR)6(H2O)3](H2O)3 (M = Со, Ni; R = CH3, CCl3) Теоретическая и экспериментальная химия, Т. 52, № 4, С. 249-255 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1007/s11237-016-9476-4

8. Николаевский С.А., Кискин М.А., Старикова А.А., Ефимов Н.Н., Сидоров А.А., Новоторцев В.М., Еременко И.Л. Синтез, строение и магнитные свойства биядерных комплексов NiII с анионами 3,5-ди(трет-бутил)бензойной, 4-гидрокси-3,5-ди(трет-бутил)бензойной кислот и 2,3-лутидином Известия Академии наук. Серия химическая, № 12, С.2812-2819 (год публикации - 2016)

9. Сапьяник А.А., Луценко И.А., Кискин М.А., Сидоров А.А., Еременко И.Л., Самсоненко Д.Г., Дыбцев Д.Н., Федин В.П. Синтез, структура и свойства гетерометаллического молекулярного комплекса [Co2Gd(NO3)(piv)6(py)2] и координационного полимера [{CoGd(dma)2}2(bdc)5]•4DMA Известия Академии наук. Серия химическая, № 11, С. 2601–2606 (год публикации - 2016)

10. Сидоров А.А., Кискин М.А., Александров Г.Г., Еременко И.Л. Управление структурой гетерометаллического металлоостова Li2Co2 в пивалатных кластерах путем варьирования апикальных лигандов Известия Академии наук. Серия химическая, № 11, С. 2754–2756 (год публикации - 2016)

11. Сидоров А.А., Кискин М.А., Александров Г.Г., Гоголева Н.В., Николаевский С.А., Еременко И.Л. Формирование гетерометаллических молекулярных архитектур с атомами 3d-металлов, связанных карбоксилатными мостиками со щелочными и щелочно-земельными ионами или лантаноидами Координационная химия, 42, 10, 581–595 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.7868/S0132344X16100030

12. - Цикл познавательных программ "Черные дыры, белые пятна". "Химическое конструирование, или как усовершенствовать материал на молекулярном уровне" Телеканал Культура, 06.10.2016 (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
не указано