Радиационно-индуцированные интермедиаты и необычные молекулы в низкотемпературных матрицах: спектроскопия, динамика и управление химическими процессами

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 проекта 14-13-01266

НазваниеРадиационно-индуцированные интермедиаты и необычные молекулы в низкотемпературных матрицах: спектроскопия, динамика и управление химическими процессами

Руководитель Фельдман Владимир Исаевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №1 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-504 - Электронно-возбужденные системы, фотохимия, радиационная химия, спиновая химия

Ключевые слова радиационная химия, матричная изоляция, электронный парамагнитный резонанс, интермедиаты, низкие температуры, радикалы, спектроскопия, динамика, гидриды благородных газов

Код ГРНТИ31.15.30

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на фундаментальные исследования механизмов образования, строения и динамики интермедиатов и необычных молекул, образующихся при действии ионизирующего излучения на изолированные молекулы в низкотемпературных матрицах, а также обоснование новых подходов к управлению химическими процессами при низких температурах, основанных на манипуляциях реакциями атомов и радикалов в твердых средах. Общая идея состоит в использовании методов матричной изоляции и низкотемпературной стабилизации для универсального моделирования физико-химических процессов, индуцированных действием ионизирующего излучения при криогенных температурах. В этом случае матрица одновременно играет роль энергетической транспортной системы (перенос заряда и возбуждения), резервуара (релаксация избыточной энергии), а также модельного реактора. Использование низких температур позволяет осуществить пошаговый мониторинг элементарных процессов, протекающих в условиях эксперимента, а применение комбинации спектроскопических методов (ЭПР, ИК-спектроскопия среднего и ближнего диапазона, спектроскопия УФ и видимого диапазона) обеспечивает высокую информативность. Актуальность работы связана с возможностью получения уникальной информации, представляющей интерес для различных областей химии и химической физики – радиационная химия, фотохимия, химия атмосферы, астрохимия, теория строения молекул и химической связи, динамика и кинетика процессов в твердом теле, нанохимия. Научная новизна определяется оригинальной методологией, экспериментальными и расчетными подходами. В рамках поставленной общей задачи планируется выполнение исследований по следующим основным направлениям: 1. Анализ механизмов первичных радиационно-индуцированных процессов с полным определением каналов деградации модельных изолированных молекул в инертных матрицах с различной поляризуемостью и потенциалом ионизации. 2. Спектроскопия интермедиатов радиационно-индуцированных процессов в матрицах (радикалы и ион-радикалы) с акцентом на системы, представляющие потенциальный интерес с точки зрения химии атмосферы и астрохимии. 3. Экспериментальные и теоретические исследования динамики радиолитических атомов и небольших радикалов в инертных матрицах, оценка роли дефектов, анализ механизмов подвижности. 4. Изучение механизмов образования, термической и фото- диссоциации необычных высокоэнергетических молекул нового класса – гидридов благородных газов, образующихся в результате радиационно-индуцированных процессов. 5. Обоснование и развитие приемов манипуляции реакциями радиолитических атомов и радикалов в матрицах с использованием контролируемого отжига и воздействия мягкого излучения (ИК и видимого диапазона). В исследованиях будут использованы оригинальные экспериментальные методики, разработанные авторами, и уникальный комплекс гелиевых криостатов для радиационно-химических исследований, имеющийся в распоряжении группы. Наряду с экспериментальными исследованиями, планируется провести теоретический анализ структуры и динамики интермедиатов с явным учетом среды с помощью методов квантовой химии и молекулярной динамики. При этом будут применяться оригинальные расчетные подходы, разработанные участником данной группы.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Рязанцев С.В.,Тюрин Д.А., Фельдман В.И. Experimental determination of the absolute infrared absorption intensities of formyl radical HCO Spectrochimica Acta - Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, Volume 187, Pages 39-42 (год публикации - 2017)
10.1016/j.saa.2017.06.018

2. Сосулин И.С., Ширяева Е.С., Фельдман В.И. Mechanism of the radiation-induced transformations of fluoroform in solid noble gas matrixes Radiation Physics and Chemistry, Volume 138, Pages 60-66 (год публикации - 2017)
10.1016/j.radphyschem.2017.03.016

3. Саенко Е.В., Фельдман В.И. Radiation-induced transformations of methanol molecules in low-temperature solids: a matrix isolation study Physical Chemistry Chemical Physics, Volume 18, Issue 47, Pages 32503-32513 (год публикации - 2016)
10.1039/C6CP06082J

4. Сосулин И.С., Ширяева Е.С., Тюрин Д.А., Фельдман В.И. Communication: A hydrogen-bonded difluorocarbene complex: Ab initio and matrix isolation study The Journal of Chemical Physics, Volume 147, Issue 13, Pages 131102(1-5) (год публикации - 2017)
10.1063/1.4999772

5. Каменева С.В., Тюрин Д.А., Фельдман В.И. Characterization of the HCN...CO complex and its radiation-induced transformation to HNC...CO in cold media: an experimental and theoretical investigation Physical Chemistry Chemical Physics, Volume 19, Pages 24348-24356 (год публикации - 2017)
10.1039/c7cp03518g

6. Рязанцев С.В.,Тюрин Д.А., Фельдман В.И., Хрящев Л. Spectroscopic characterization of the complex of vinyl radical and carbon dioxide: Matrix isolation and ab initio study The Journal of Chemical Physics, Volume 147, Pages 184301(1-5) (год публикации - 2017)
10.1063/1.5000578

7. Фельдман В.И., Рязанцев С.В., Саенко Е.В., Каменева С.В., Ширяева Е.С. Matrix isolation model studies on the radiation-induced transformations of small molecules of astrochemical and atmospheric interest Radiation Physics and Chemistry, Volume 124, Pages 7–13 (год публикации - 2015)
10.1016/j.radphyschem.2015.12.005

8. Рязанцев С.В., Фельдман В.И. Radiation-induced transformations of matrix-isolated formic acid: evidence for the HCOOH → HOCO + H channel Physical Chemistry Chemical Physics, Volume 17, Issue 45, Pages 30648-30658 (год публикации - 2015)
10.1039/C5CP05446J

9. Рязанцев С.В., Фельдман В.И. Matrix-Isolation Studies on the Radiation-Induced Chemistry in H2O/CO2 System: Reactions of Oxygen Atoms and Formation of HOCO Radical The Journal of Physical Chemistry A, Volume 119, Issue 11, Pages 2578–2586 (год публикации - 2014)
10.1021/jp509313n

10. Ширяева Е.С., Тюрин Д.А., Фельдман В.И. Mechanisms of Radiation-Induced Degradation of CFCl3 and CF2Cl2 in Noble-Gas Matrixes: An Evidence for «Hot» Ionic Channels in the Solid Phase The Journal of Physical Chemistry A, Volume 120, Issue 40, Pages 7847–7858 (год публикации - 2016)
10.1021/acs.jpca.6b07301

11. Каменева С.В., Волосатова А.Д., Фельдман В.И. Radiation-induced transformations of isolated CH3CN molecules in noble gas matrices Radiation Physics and Chemistry, Volume 141, Pages 363-368 (год публикации - 2017)
10.1016/j.radphyschem.2017.08.011

12. Каменева С.В., Кобзаренко А.В., Фельдман В.И. Kinetics and mechanism of the radiation-chemical synthesis of krypton hydrides in solid krypton matrices Radiation Physics and Chemistry, Volume 110, Pages 17–23 (год публикации - 2015)
10.1016/j.radphyschem.2015.01.007

13. Каменева С.В., Тюрин Д.А., Фельдман В.И. Structure and properties of the radiation-induced intermediates produced from HCN in noble gas matrices Radiation Physics and Chemistry, Volume 124, Pages 30–37 (год публикации - 2015)
10.1016/j.radphyschem.2015.12.001

14. Каменева С.В., Тюрин Д.А., Нуждин К.Б., Фельдман В.И. Matrix isolation and ab initio study on HCN/CO2 system and its radiation-induced transformations: Spectroscopic evidence for HCN⋯CO2 and trans-HCNH⋯CO2 complexes The Journal of Chemical Physics, Volume 145, Issue 21, Pages 214309(1-9) (год публикации - 2016)
10.1063/1.4969075

Публикации