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 21-73-00216
НазваниеГалоген-содержащие структуры солевого включения на основе борокислородных каркасов как материалы для нелинейной оптики.
Руководитель Волков Сергей Николаевич, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" , г Санкт-Петербург
Конкурс №60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-201 - Синтез, строение и реакционная способность неорганических соединений
Ключевые слова Нелинейная оптика, ангармонизм, бораты, кристаллическая структура, рентгеноструктурный анализ, спектроскопия, тепловые свойства, структуры солевого включения, тепловое расширение, метод функционала плотности.
Код ГРНТИ31.15.17
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Разработка новых функциональных материалов на основе соединений боратов составляет одно из актуальных направлений современной химии и материаловедения. Благодаря широким диапазонам оптической прозрачности, механической прочности и высоким нелинейно-оптическим коэффициентам, бораты формируют одно из наиболее перспективных классов для поиска новых оптических материалов. Равновероятные возможности треугольной и тетраэдрической координации атомов бора открывают практически неограниченные возможности создания новых материалов на основе боратов, сопоставимые с возможностями создания новых органических веществ и материалов на их основе. В последние годы особенно активно развиваются направления, связанные с поиском нелинейно-оптических материалов для их применения в области глубокого ультрафиолета с широким диапазоном прозрачности.
Принято считать, что максимальная ширина оптического диапазона (захватывая глубокий УФ-диапазон) прозрачности достигается у соединений с максимальной степенью ионности связи металл – боратный кислород, однако существенный вклад в нелинейно-оптическую активность вносят высокополяризуемые катионы p-элементов, содержащие стереохимически активную неподеленную пару электронов, а также анионы «тяжелых» галогениов (от хлора до иода). Поэтому наиболее тщательно в настоящее время исследуются боратные и особенно борат-галогенидные системы на основе соединений металлов 1 и 2 групп, а также олова, свинца и висмута в низших степенях окисления. Среди этих соединений «чемпионами» являются, Pb2B5O9I (2010 г.), K3B6O10Cl (2011), K3B6O10Br (2011) и Pb2BO3I (2018 г.). В рамках “молодежного” проекта РНФ в 2018-2020 авторы показали, что не менее интересные и необычные объекты существуют среди боратов серебра, которые остаются практически не исследованными. Недвано нами обнаружено новое нецентросимметричное семейство Ag4B4O7X2, X = Br и I со структурой солевого включения и сложными взаимопроникающими каркасами. Структуры солевого включения – это уникальная группа материалов, структура которой образована двумя взаимопроникающими подрешетками, с преимущественно ионной и ковалентной типами связи.
На основании данных структурного анализа недавно мы установили существование новых соединений Ag3B6O10I, Na3B6O10I, Ag3B6O10Br и Ag4B7O12Br. Первые три объекта относятся к семейству M3B6O10X (M = K, Na, Ag, X=Cl, Br, I), изучению которого и будет посвящен Проект. Именно к этому семейству относятся известные нелинейно-оптические бораты K3B6O10 (X=Cl,Br). Наиболее амбициозная цель проекта – получение K3B6O10I, который по всем прогнозам должен обладать прекрасными нелинейно-оптическими свойствами.
Из двух альтернативных структур, реализующихся в семействе M3B6O10X, одна является ацентричной. Вопрос о факторах, определяющих возможность образования подобной структуры, и, в частности, ее нецентросимметричного варианта, остается открытым. Выявление и формулировка ответов на этот вопрос составит одну из основных задач предлагаемого Проекта. Для этого будет предпринят поиск новых членов этого семейства среди галогенид-боратов однозарядных катионов металлов I и II групп. Учитывая близость ионных радиусов катиона Ag+, с одной стороны, и щелочных металлов – с другой, будет исследовано и влияние электронной конфигурации.
Структура пока что уникального борат-бромида Ag4B7O12Br содержит новые борокислородные слоевые пакеты, которые, насколько нам известно, ранее не встречались. Дальнейшее исследование его возможных изоструктурных или изоформульных аналогов и характеризация возможного семейства M4B7O12X (M = K, Na, Ag, X=Cl, Br, I) составит задачу настоящего Проекта. Развивая данное направление кристаллохимии, мы также сделаем попытки синтеза фтор-содержащих боратов серебра.
Все полученные соединения будут исследованы широким набором методов: рентгеноструктурного анализа (в том числе при разных температурах), ИК/КР-спектроскопии, ДТА/ТГА. Для характеризации потенциально перспективных НЛО структур будет выполнено тестирование методом Курца-Перри на порошковом образце. Удивительная особенность серебро-галогенной подрешетки - исключительный ангармонизм тепловых колебаний будет описан нами рентгеноструктурным методом путем разложения структурного фактора в ряд Грама-Шарли.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ