КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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 22-72-00060

НазваниеСинтез, структура и магнитные свойства наночастиц и нанокомпозитов карбидов и оксидов железа полученных в процессе разложения ферроцена при высоком давлении и температуре

РуководительСтарчиков Сергей Сергеевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук", г Москва

КонкурсКонкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Наночастицы и нанокомпозиты на основе карбидов железа и углерода обладают уникальными набором магнитных и химических свойств, открывающим возможности применения в таких областях как катализ, синтез Фишера-Тропша, в устройствах хранения данных, в качестве защитных покрытий от коррозии, в аккумуляторах, суперконденсаторах, биомедицинских применениях [1-6]. Высокие значения намагниченности, отсутствие цитотоксичности, легкость химической модификации углеродной поверхности, позволяющей осуществить химическое присоединение к наночастицам различных функциональных групп, по мнению ряда исследователей [7], обеспечивают нанокомпозитам типа ядро@оболочка на основе карбидов железа более высокий инновационный потенциал по сравнению с оксидами железа. Ранее было показано, что при давлении 8 ГПа и температурах до 1300°С продуктами разложения ферроцена являются нанокомпозиты типа ядро@оболочка на основе карбидов Fe7C3, Fe3C, оксидов железа Fe3O4/γ-Fe2O3, FeO и углерода [8, 9]. Карбиды железа образуют ядро нанокомпозита, а углерод и оксиды железа его оболочку. Изменение температуры реакции или времени изотермической выдержки ферроцена позволяет получать нанокомпозиты с размером от 10 до 250 нм и толщиной оболочки около 5-10 нм инкапсулированные в матрицу из аморфного углерода. Целью проекта является изучение структуры, фазового состава и магнитных свойств продуктов разложения ферроцена Fe(C5H5)2 под воздействием высокого давления до 30 ГПа и высоких температур (High Pressure High Temperature – HPHT). В ходе данного проекта планируется провести эксперименты по трансформации ферроцена при высоком давлении, но при более высоких температурах (до 5000K) достигаемых с помощью лазерного нагрева. Более высокие температуры могут позволить получить другие аллотропные модификации углерода (например, алмаз) и новые фазы карбидов железа. Ожидается, что новые продукты разложения ферроцена будут обладать не только выраженными магнитными, но и люминесцентными свойствами. Высокая биосовместимость нанокомпозитов типа ядро@оболочка на основе карбидов железа и углерода вместе с уникальными магнитными и оптическими свойствами позволяют использовать их в качестве систем адресной доставки лекарств, контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии (МРТ), гипертермии и других приложениях. Для выполнения целей проекта планируется использовать камеры высокого давления с алмазными наковальнями, установку, позволяющую осуществлять лазерный нагрев непосредственно в камере, рамановскую и мессбауэровскую спектроскопию, порошковую рентгеновскую дифракцию, просвечивающую и сканирующую электронную микроскопию, элементный анализ, ДСК-ТГА, магнитометрию. Мессбауэровские и рамановские исследования могут проводиться insitu непосредственно в камере высокого давления без выемки образцов. В коллектив проекта будут входить аспиранты или студенты очной формы обучения. Полученные результаты будут доложены на международных научных конференциях и опубликованы в высокорейтинговых международных журналах индексируемых в базе данных «Сеть науки» (Web of Science), Scopus. [1] De Smit E., Swart I., Creemer J.F. et al. // Nature. 2008. V. 456. P. 222. [2] Blanchard J., Abatzoglou N. // Catal. Today. 2014. V. 237. P. 150. [3] Xu K., Sun B., Lin J. et al. // Nat. Commun. 2014. V. 5. P. 5783. [4] Tan Y., Zhu K., Li D. et al. // Chem. Eng. J. 2014.V. 258. P. 93. [5] Ujimine K., Tsutsumi A. // J. Power Sources. 2006.V. 160. P. 1431. [6] Yan M., Yao Y., Wen J. et al. // J. Alloys Compd. 2015.V. 641. P. 170. [7] Yu J., Chen F., Gao W. et al. // Nanoscale Horiz. 2017.V. 2. P. 81 [8] Baskakov A.O., Lyubutin I.S., Starchikov S.S., et al. // Inorg. Chem. 57, 23. 14895. (2018). [9] Starchikov S.S., Zayakhanov V.A., Vasiliev A.L., et al. // Carbon N. Y. 178. 708. (2021).

Ожидаемые результаты
Будут исследованы кристаллическая структура, фазовый состав и магнитные свойства продуктов разложения ферроцена при давлениях до 30 ГПа и высоких температурах до 5000K. Ожидается, что продуктами разложения ферроцена будут нанокомпозиты типа ядро@оболочка на основе карбидов, оксидов железа и углерода. Структура, состав и свойства продуктов разложения ферроцена будут изучены комплексом методов, включая рентгеновскую дифракцию, рамановскую и мессбауэровскую спектроскопии, электронную микроскопию. Это позволит сделать выводы о механизме разложения ферроцена в экстремальных условиях. Запланированные исследования соответствуют мировому уровню. Полученные результаты важны для практических применений полученных наноструктур и нанокомпозитов в различных областях биомедицины, тераностики, спинтроники, микро-, нано- и оптоэлектроники и будут доложены на международных научных конференциях и опубликованы в высокорейтинговых международных журналах индексируемых в базе данных «Сеть науки» (Web of Science), Scopus.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ