Исследование влияния мотивов упаковки и межмолекулярных взаимодействий в галогензамещенных фталоцианинах металлов на структурные особенности, электрофизические и сенсорные свойства их тонких пленок

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 22-73-00145

НазваниеИсследование влияния мотивов упаковки и межмолекулярных взаимодействий в галогензамещенных фталоцианинах металлов на структурные особенности, электрофизические и сенсорные свойства их тонких пленок

Руководитель Клямер Дарья Дмитриевна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В.Николаева Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №70 - Конкурс 2022 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; 03-602 - Химия новых органических и гибридных функциональных материалов

Ключевые слова галогензамещенные фталоцианины, пленки фталоцианинов металлов, межмолекулярные взаимодействия, адсорбционно-резистивные сенсоры, осаждение из газовой фазы, проводимость

Код ГРНТИ31.15.15, 31.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Среди многочисленных органических полупроводников фталоцианины металлов (MPc) представляют особый интерес из-за высокой термической и химической стабильности в сочетании с их уникальными электронными свойствами. MPc широко применяются в устройствах преобразования энергии, оптических устройствах, транзисторах, в качестве активных слоев химических сенсоров. Среди других производных фталоцианина галогензамещенные фталоцианины металлов (MPcHaln) являются одними из наиболее перспективных материалов для создания транзисторных структур и активных слоев сенсорных устройств. Наиболее изученными являются комплексы фталоцианинов металлов, которые имеют плоское строение, тогда как галогензамещенные фталоцианины металлов, имеющие неплоское строение, изучены в существенно меньшей степени. Предполагается, что введение дополнительных лигандов (F или Cl) в аксиальные положения приведет к изменению межмолекулярных контактов в кристаллических структурах и дополнительному перераспределению электронной плотности вокруг центрального металла и фталоцианинового макроцикла, что в свою очередь, может привести к изменению проводимости и транспортных свойств. Изменение геометрии молекулы также может быть благоприятным для формирования других мотивов молекулярных упаковок, например цепочечных или слоистых. Существует несколько ключевых проблем, понимание которых позволит более эффективно использовать эти материалы в электронных устройствах. Так, известно, что электрофизические характеристики поликристаллических пленок MPc определяются морфологией пленки, что связано с захватом носителей заряда на участках, локализованных на межзёренных границах. Вторым ключевым моментом, который определяет электрофизические характеристики, являются межмолекулярные контакты и мотив упаковки молекул фталоцианинов внутри кристаллита. И как раз этот второй ключевой момент практически не изучен для галогензамещенных фталоцианинов металлов, в которых наряду с пи-пи взаимодействиями между молекулами в стопках, контакты Hal....Hal, Hal....H и пр. начинают играть большую роль. Цель данного исследования является двухсторонней. С одной стороны, целью проекта является существенное расширение ряда ранее малоизученных комплексов галогензамещенных фталоцианинов металлов, определение их кристаллических структур и изучение межмолекулярных контактов с целью лучшего понимания явлений самоорганизации пленок галогензамещенных фталоцианинов металлов на поверхности подложки. С другой стороны, проект направлен на разработку экспериментального подхода к росту фталоцианиновых пленок с контролируемым упорядочением для улучшения их электрофизических характеристик и сенсорных свойств. Для достижения этой цели планируется решить следующие задачи: 1) Синтез и исследование кристаллической структуры новых галогензамещенных фталоцианинов металлов различного типа, имеющих неплоское строение, и изучение их физико-химических свойств, необходимых для разработки режимов осаждения их пленок. 2) Исследование процессов формирования пленок галогензамещенных фталоцианинов металлов на поверхности методом вакуумного термического осаждения. Установление зависимости структурных особенностей пленок от параметров процесса осаждения. 3) Систематическое исследование зависимости структурных особенностей пленок от геометрии комплексов, а также от природы и количества периферийных заместителей с одновременным анализом роли межмолекулярных взаимодействий в кристаллах фталоцианинов металлов. 4) Исследование влияния структурных особенностей пленок и межмолекулярных взаимодействий в кристаллах галогензамещенных фталоцианинов металлов на их сенсорные и электрофизические свойства. Новизной данной работы является существенное расширение ряда ранее малоизученных комплексов галогензамещенных фталоцианинов металлов, определение их кристаллических структур, изучение межмолекулярных контактов и их влияния на структурные особенности осаждаемых пленок. При этом особое внимание будет уделено изучению галогензамещенных комплексов, имеющих неплоское строение. Кроме того, впервые будет проведено систематическое исследование структурных особенностей получаемых пленок MPcHalx в зависимости от условий их осаждения, включая влияние температуры подложки, условий отжига и магнитного поля в процессе осаждения и отжига пленок и др., а также изучение влияния этих факторов на электрофизические и адсорбционно-резистивные свойства пленок галогензамещенных фталоцианинов с одновременным анализом особенностей межмолекулярных взаимодействий. Решение задач проекта не только позволит внести весомый вклад в развитие химии галогензамещенных фталоцианинов металлов, но и выявить наиболее перспективные материалы с точки зрения применения в современном материаловедении.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Клямер Д.Д.,Бонегардт Д.В., Краснов П.О., Сухих А.С., Поповецкий П.С., Басова Т.В. Tetrafluorosubstituted Metal Phthalocyanines: Study of the Effect of the Position of Fluorine Substituents on the Chemiresistive Sensor Response to Ammonia Chemosensors, Chemosensors 2022, 10(12), 515; https://doi.org/10.3390/chemosensors10120515 (год публикации - 2022)
10.3390/chemosensors10120515

2. Клямер Д.Д. , Сухих А.С. , Бонегардт Д.В., Басова Т.В. Тетрахлорзамещенные фталоцианины свинца: влияние положения заместителей на структуру монокристаллов и тонких пленок Журнал структурной химии, Журнал структурной химии, № 4, Том 64, 2023 (год публикации - 2023)
10.26902/JSC_id109409

3. Клямер Д.Д., Сухих А.С., Бонегардт Д.В., Краснов П.О., Поповецкий П.С., Басова Т.В. Thin Films of Chlorinated Vanadyl Phthalocyanines as Active Layers of Chemiresistive Sensors for the Detection of Ammonia Micromachines (MDPI), Micromachines 2023, 14(9), 1773 (год публикации - 2023)
10.3390/mi14091773

4. Д.Д. Клямер, А.С. Сухих, Д.В. Бонегардт ВЛИЯНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО СТРОЕНИЯ ГАЛОГЕНЗАМЕЩЕННЫХ ФТАЛОЦИАНИНОВ МЕТАЛЛОВ НА СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И СЕНСОРНЫЕ СВОЙСТВА ИХ ТОНКИХ ПЛЕНОК Сборник научных трудов XX Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Том 2. Томск, 2023, Сборник научных трудов XX Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Том. 2. Химия, с 105-107. (год публикации - 2023)

5. Клямер Д.Д., Сухих А.С., Бонегардт Д.В., Асанов И.П., Басова Т.В. Structural diversity of octa- and hexadecafluorinated tin(II) and tin(IV) phthalocyanines Журнал структурной химии, Журнал структурной химии, Том 65, № 9, 2024 (год публикации - 2024)
10.26902/JSC_id131991

6. Сухих А.С., Клямер Д.Д., Бонегардт Д.В., Поповецкий П.С., Краснов П.О., Басова Т.В. Смотреть больше Tetrafluorosubstituted titanyl phthalocyanines: Structure of single crystals and phase transition in thin films Dyes and Pigments, 112391, 231, 2024 (год публикации - 2024)
10.1016/j.dyepig.2024.112391

Публикации