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 18-73-10116
НазваниеМетоды топологического дизайна координационных полимеров
Руководитель Александров Евгений Викторович, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" , Самарская обл
Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-604 - Многомасштабное компьютерное моделирование структуры и свойств материалов
Ключевые слова Координационные полимеры, топологический анализ, изотипность, изомерия, полиморфизм, базы знаний, экспертная система, модель структурной самосборки, электронные проводники, ионные проводники, оптоэлектронные и фотоэлектрические материалы, реакции в твердом теле
Код ГРНТИ31.17.29
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Разработка материалов, обладающих перспективными электрическими, оптоэлектронными и фотоэлектрическими свойствами, очень популярна и востребована в настоящее время. Это в основном металлические и неорганические проводники первого и второго рода, полупроводники, проводящие полимеры и гибридные материалы. Эти материалы находят приложения в электронике, твердотопливных элементах, ионных батареях, солнечных элементах, сенсорах и детекторах. Также перспективными материалами, обладающими высокой эффективностью разделения зарядов в последние десять лет стали наноматериалы, и в частности нанолисты (графен, BN, MoS2, двойные гидроксиды и др.). Относительно недавно, в начале 2000-ых, стали исследоваться электрические, фотоэлектронные и оптоэлектронные свойства пористых координационных полимеров. И хотя их свойства еще не изучены на должном уровне и пределы использования не установлены, этот класс материалов представляется весьма перспективным, так как для него возможно практически не лимитированное варьирование состава, структуры и свойств. К числу свойств этих материалов, которые можно комбинировать с электропроводностью и фотоэлектрическим эффектом, также относятся магнитная восприимчивость, оптическая активность, адсорбция и разделение газов и жидкостей на молекулярном уровне, каталитическая активность. Один из наиболее простых и доступных методов получения нанообъектов из координационных полимеров представляет жидкофазное диспергирование кристаллов под действием ультразвука.
В рамках данного проекта мы уделяем особое внимание базам знаний координационных материалов и поиску корреляций между структурными дескрипторами материалов и их физическими свойствами. Этот подход является новым в материаловедении и является развитием методов автоматизированного кристаллохимического анализа, реализованных в уникальном комплексе программ ToposPro. В связи с этим проект направлен на развитие методов эвристического автоматизированного анализа данных о строении координационных полимеров, баз знаний о свойствах этих веществ, прогнозирование структуры и свойств новых координационных полимеров и их синтез доступными методиками. Созданная ранее база знаний координационных полимеров пополнится информацией об их электронном строении (определенном методами квантовой химии), электронной проводимости, ионной проводимости, изотипности, изомерии, полиморфизме и структурных превращениях в монокристалле. Будет разработана методология поиска оптимальных для требуемых приложений материалов.
Расчет электронной структуры позволит установить зонную структуру и оценить вероятность реализации электронных переходов, ответственных за электронную проводимость и фотоэлектрические свойства материала. На основе топологического анализа пор/каналов и расположения нуклеофильных групп в них будут выявлены стереохимические и топологические критерии реализации ионной проводимости в координационных полимерах. На основе анализа геометрии и топологии расположения доступных, реакционноспособных функциональных групп будет создана база данных веществ, потенциально подверженных структурным перестройкам в кристалле. Будут подробно изучены проявления изомерии, изотипности, изоморфизма и полиморфизма координационных полимеров. Важной задачей представляется построение многоуровневой топологической модели формирования кристалла из строительных единиц с выявлением шагов формирования зародышей кристаллов из строительных единиц (кластеров, цепей, слоев и каркасов). Модель основывается на взаимосвязях между этими структурными группировками и мотивами связывания лигандов и атомов металлов или более крупных кластеров и клеток в полимерные структуры. Кроме прямой модели структурообразования, будет разработана обратная модель: физической декомпозиции координационных полимеров. Модель послужит для прогнозирования формы и размеров кристаллов диспергированных в наночастицы, наностержни, нанотрубки, наночешуйки и нанолисты.
Разработанная модель формирования и декомпозиции полимерных мотивов и выявленные взаимосвязи между структурными дескрипторами будет использоваться для прогнозирования строения новых координационных полимеров и нанобъектов на их основе. Уточнение стабильности спрогнозированных структур будет производиться квантово-химическими расчетами (методами теории функционала плотности, полуэмперическими методами или методами Хартри-Фока). Спрогнозированные новые кристаллические вещества будут получены простыми в исполнении методами синтеза из доступных реагентов и структурно охарактеризованы.
Получаемые координационные полимеры должны обладать следующими полезными свойствами: электронная проводимость на уровне полупроводников или проводников, проводимость по отношению к протонам и катионам металлов, склонность к структурным превращениям в одном монокристалле, способность к предсказуемому диспергированию на нанообъекты требуемых формы и размеров.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ