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 23-23-00583

НазваниеРазработка зеленых методов синтеза функциональных материалов на основе соединений германия из высокорастворимого оксида германия

РуководительМедведев Александр Геннадьевич, Кандидат 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

2023 г. - 2024 г.

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-201 - Синтез, строение и реакционная способность неорганических соединений

Ключевые словаОксид германия, пероксогерманат аммония, координационная химия, неорганическая химия, методы получения неорганических веществ и материалов, зеленая химия, функциональные материалы

Код ГРНТИ31.17.15

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Свойства германия и его соединений определяют его широкое применение в различных областях науки и техники. Например, диоксид германия имеет высокий показатель преломления и низкую оптическую дисперсию и применяется для изготовления оптических систем, в частности оптоволоконной оптики. Кроме того соединения германия и материалы на их основе используются в производстве электронных компонентов, полупроводников и фотовольтаических систем, а также в качестве катализатора полимеризации. Основные методы получения функциональных материалов на основе соединений германия, в основном, предполагают применение галогенидов и алкоксидов германия(IV) в качестве исходных соединений, что требует утилизации образующихся кислотных и других токсичных отходов. Кроме того, широко используемые сольвотермальные методы синтеза связаны с использованием дорогостоящего оборудования, больших объемов органических растворителей и низким выходом продуктов, что сильно повышает их себестоимость. Применение GeO2 в качестве исходного реагента также ограничено вследствие его низкой растворимости в воде (0.43 г на 100 г H2O при 20°С). Следует отметить, что оксид германия(IV) обычно содержит примесь галогенидов, что требует выполнение дополнительных стадий очистки и снижает выход конечного продукта. С другой стороны, соединения германия являются дорогостоящими реагентами, что определяет необходимость разработки методов получения с количественным по германию выходом. Этим обусловлен поиск новых удобных исходных соединений германия с высокой реакционной способностью и хорошей растворимостью в воде. Проект направлен на решение научной проблемы современной химии материалов, связанной с разработкой экологически безопасных и недорогих методов получения функциональных материалов на основе соединений германия с выходом близким к количественному. При этом в качестве исходного соединения германия предлагается использовать высокорастворимый оксид германия(IV) (highly soluble germanium oxide, HSGO), который получают быстрым разложением пероксогерманата аммония (NH4)6[Ge6(μ-OO)6(μ-O)6-(OH)6]·6H2O при температуре 300°С. Ранее было показано, что HSGO обладает высокой растворимостью (до 100 г на 1 л воды) и реакционной способностью и вследствие этого является удобным исходным реагентом для получения различных соединений германия [1]. Однако до настоящего времени HSGO не использовался для получения функциональных материалов, содержащих соединения германия, чем и обусловлена научная новизна данного проекта. Решение обозначенной проблемы позволит предложить новые методы синтеза функциональных материалов на основе соединений германия. Использование высоко растворимой формы аморфного оксида германия позволит увеличить выход по германию до количественного, а также открывает новые возможности для регулирования в ходе синтеза морфологи и состава композиционных материалов. Одна из задач проекта связана с подбором оптимальных условий для контролируемой кристаллизации GeO2 различной морфологии в качестве отдельной фазы и на подложках различного состава, включая оксид графена. Вторая задача связана с исследованием реакционной способности GeO2 различной морфологии в качестве отдельной фазы и в составе композиционных материалов для разработки методов получения материалов на основе GeS2, Ge3N4 и других соединений германия. Кроме того, в ходе выполнения проекта предлагается решить задачу исследования функциональных свойств ряда полученных материалов, в том числе, в составе электродных материалов металл-ионных аккумуляторов и газовых сенсоров, что позволит установить взаимосвязь между свойствами получаемых материалов и способом их получения и оценить целесообразность применения в качестве исходного соединения высоко растворимого аморфного оксида германия. 1. Grishanov D.A., Churakov A.V., Medvedev A.G., Mikhaylov A.A., Lev O., Prikhodchenko P.V. Inorganic Chemistry 2019, 58 (3), 1905-1911. DOI:10.1021/acs.inorgchem.8b02747.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения данного проекта будут разработаны зеленые методы получения функциональных материалов на основе соединений германия с использованием в качестве исходного соединения высокорастворимого оксида германия. Разработанные методы позволят получать функциональные материалы различного состава и морфологии с количественным выходом по германию и без использования больших количеств органических растворителей, без нагревания реакционных растворов и без использования дорогостоящего оборудования. Будут определены оптимальные условия для контролируемой кристаллизации гексагонального оксида германия и получены материалы различной морфологии в виде отдельных фаз и на подложках различного состава, в том числе, оксиде графена. Полученные материалы будут использоваться для последующего синтеза материалов на основе соединений германия Будет исследована реакционная способность GeO2 различной морфологии в виде отдельной фазы и в составе композиционных материалов для разработки методов получения материалов на основе GeS2, Ge3N4 и других соединений германия. Все полученные материалы будут исследованы набором физических и химических методов анализа. Кроме того, будут исследованы функциональные свойства ряда полученных материалов, в том числе, в составе электродных материалов литий- и натрий-ионных аккумуляторов. Будут получены зависимости величины обратимой удельной электрохимической емкости от величины тока заряда-разряда, оценить стабильность анодных материалов при большом числе циклов заряда-разряда, выполнены исследования электрохимических процессов при взаимодействии лития и натрия с электродным материалом. Будут исследованы функциональные свойства ряда полученных материалов в составе электродов газовых сенсоров. Будут получены величины чувствительности и времени отклика при введении в атмосферу различных количеств опасных газов (водород, сероводород, оксиды азота, аммиак, метан и др.). На основании полученных результатов будет оценена целесообразность применения высоко растворимого аморфного оксида германия в качестве исходного соединения для получения функциональных материалов на основе соединений германия (оксида, сульфида, нитрида, фосфида и др.).

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---