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 25-73-10086
НазваниеРазработка основ радиационно-химического и фотохимического синтеза металлорганических каркасов f-элементов
Руководитель Волков Михаил Александрович, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина Российской академии наук , г Москва
Конкурс №111 - Конкурс 2025 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка молодых ученых»
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-204 - Радиохимия
Ключевые слова лантаноиды, актиниды, карбоновые кислоты, металлорганические каркасы, радиационно-химический синтез, радиолиз, порошковая дифракция, рентгеноструктурный анализ, УФ-излучение
Код ГРНТИ31.15.30
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Основной проблемой при создании α-радиоизотопных микроядерных батарей является разработка подходящей архитектуры батареи для преобразования энергии α-распада с максимальной эффективностью. Традиционные архитектуры микроядерных батарей, разработанных для β-радиоизотопов, с раздельными объемными модулями радиоактивного источника и преобразователя не подходят для α-радиоизотопов. Это связано с тем, что αчастицы обладают чрезвычайно малой глубиной проникновения (10-25 мкм) в твердые тела и испытывают значительные потери энергии при ее передаче из-за эффекта самопоглощения.
В этой связи перспективным выглядит архитектура металлоорганических каркасов (МОК). Новая архитектура α-радиоизотопных микроядерных батарей, предложенная в Китае в 2023 году, названа коалесцентным преобразователем энергии, в котором радионуклиды и преобразователи энергии совместно собраны в монокристаллический материал с эквидистантными расстояниями в нанометровом масштабе. В этом случае энергия распада α-частиц радиоизотопа может быть эффективно поглощена окружающим преобразователем. При этом минимизируется потери энергии за счет передачи энергии атомам, не входящим в состав преобразователя, в процессе передачи α-частиц.
Наиболее распространенным методом синтеза этих материалов являются сольвотермический метод, микроволновой синтез, механосинтез и др. Существенными недостатками традиционных методов синтеза являются низкие выходы, образование побочных продуктов, высокие температуры и большие энергозатраты. Кроме того, получение кристаллических материалов, в состав которых входят высокоактивные α-излучатели классическими методов синтеза, требующих длительного времени (сутки), осложнено в связи с протеканием разрушающих радиолитических процессов. В связи с этим перспективным представляется использование УФ- и ионизирующего излучения. Генерация активных форм (ион-радикалов, сольватированных электронов и т.д.) в реакционной системе под действием УФ- и ионизирующего излучения позволяет получать высокочистый продукт без образования побочных продуктов, исключая необходимость использования каких-либо катализаторов и/или инициаторов за минимальное время (минуты). Еще одним существенным преимуществом является точный контроль реакций за счет регулировки адсорбированной дозы и мощности дозы. Таким образом, использование ионизирующего излучения позволяет значительно снизить энергозатраты и существенно сократить время синтеза.
Научная новизна проекта заключается в том, что впервые будут использованы методы фото и радиационной химии для синтеза МОК f-элементов. В рамках проекта будут разработаны основы радиоационно-химического и фотохимического синтеза МОК. Будут синтезированы гибридные материалы с включением α-излучателей в матрицах лантаноидных каркасов.
Ожидаемые результаты
Ожидаемыми результатами проекта будут радиационно-химические и фотохимические методы синтеза МОК. В ходе выполнения проекта радиационнохимичекими и/или фотохимическими методами будут получены перспективные материалы с импрегнированными в кристаллическую структуру альфа-излучателями. Такие материалы практически не изучены, в настоящий момент известен лишь одна научная работа, вышедшая в 2024 году в Nature, в которой описан похожий материал (TbMel + 243AmMel). Использование ионизирующего излучения для синтеза некоторых простых металлоорганических каркасов d-элементов было описано в конце 2022 года. На данный момент, информация об использовании УФ- и ионизирующего излучения для получения МОК f-элементов в литературе отсутствует. Таким образом, полученные результаты будут соответствовать мировому уровню, а синтезированные материалы имеют перспективу для практического использования в сферах где участие людей затруднено, но требуется постоянный, долговечный и надежный источник питания (отдаленные арктические и антарктические районы, космические аппараты, подводные и воздушные автономные дроны и др.).