Лаборатория синтеза функциональных материалов и переработки минерального сырья
Привет!
Сегодня мы расскажем тебе об одной лаборатории Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН (ИОНХ), в которой работают студенты ФНМ, – о лаборатории синтеза функциональных материалов и переработки минерального сырья.
Чем занимается лаборатория?
Направления работы нашей лаборатории весьма разнообразны, но общей темой исследований являются соединения редкоземельных и переходных элементов. Одним из основных методов синтеза для нас является гидротермальный синтез.
Сейчас мы занимаемся в основном следующими соединениями:
— фосфатами и диоксидом церия;
— ортогерманатом висмута;
— сложными оксидами висмута и редкоземельных элементов (РЗЭ);
— бромовисмутатами;
— аэрогелями на основе диоксида кремния;
— слоистыми гидроксидами РЗЭ;
— оксидами вольфрама, марганца, гафния.
Кроме того, у нас есть небольшая группа, занимающаяся биоаналитической химией. Дальше расскажем подробнее о некоторых направлениях.
Двойные и смешанные ортофосфаты церия(IV)
Кристаллические ортофосфаты РЗЭ используются в высокотехнологичных отраслях промышленности в качестве оптических и люминесцентных материалов, термостойкой керамики, ионообменных материалов и сорбентов радиоактивных отходов. Среди ортофосфатов РЗЭ особый интерес вызывают ортофосфаты церия(IV), которые могут быть получены только в синтетических условиях. Число известных ортофосфатов церия(IV) крайне невелико – всего около 10 соединений. В нашей лаборатории разработан оригинальный подход, позволяющий проводить направленный поиск новых ортофосфатов церия(IV). Разработка способов получения таких соединений интересна не только с точки зрения открытия новых веществ, но и получения новых функциональных материалов с различными полезными свойствами – термодатчиков, ионных проводников, компонентов солнцезащитной косметики.
Ортогерманат висмута
Ортогерманат висмута (BGO) – известный сцинтилляционный материал, в настоящее время используемый в виде монокристаллов. Но монокристаллы уже не могут удовлетворить новым требованиям к размерам и формам сцинтилляционных детекторов, которые предъявляют более сложные, компактные и портативные аппараты. Альтернативой монокристаллам могли бы стать недорогие керамические сцинтилляторы или композиты на основе полимерной матрицы, содержащей сцинтиллирующие наночастицы. Однако на настоящий момент не существует метода, позволяющего получать однофазные порошки с достаточно малым размером частиц. Одна из групп нашей лаборатории подбирает и оптимизирует параметры низкотемпературного «one-pot» синтеза наноразмерного BGO. Сейчас мы используем для этого в основном гидротермальный метод синтеза, соосаждение и комплексообразование с различными комплексонами.
Сложные оксиды висмута и РЗЭ
Одна из групп лаборатории занимается поиском и разработкой низкотемпературного метода синтеза тугоплавких сложных оксидов висмута и РЗЭ. В ходе работы изучается влияние структурных особенностей (дефектов) на функциональные свойства сложных оксидов: каталитические, магнитные, люминесцентные. Например, были исследованы сложные оксиды LnCo₀.₃₃Sb₁.₆₇O₆ с целью получения катализаторов окисления СО.
Аэрогели на основе SiO₂
Объектом исследования другой группы лаборатории являются аэрогели — материалы, получаемые путём удаления растворителя из лиогеля без существенного разрушения его пористой структуры. Благодаря этому аэрогели обладают уникальными свойствами: сверхнизкой плотностью, высокими площадью поверхности и объемом пор, что обусловливает их применение в качестве тепло- и звукоизоляторов, адсорбентов и носителей катализаторов. Группа занимается химической модификацией аэрогелей, что можно делать и в процессе золь-гель перехода, и модификацией уже готовых лио- и аэрогелей. Разработанные в лаборатории подходы позволяют осуществлять модификацию матрицы аэрогелей различными координационными соединениями с получением новых функциональных материалов — аэрогелей с люминесцентными, каталитическими и фотокаталитическими свойствами с контролируемой пористостью и гидрофобностью. В настоящее время группа работает над синтезом композитов аэрогелей с наночастицами для получения новых субстратов для спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния.
Слоистые гидроксиды РЗЭ
Слоистые гидроксиды РЗЭ (СГ РЗЭ) – новый класс слоистых неорганических анионообменных материалов, интерес к которым связан с возможностью сочетания специфических свойств РЗЭ (оптических, магнитных и каталитических) и интеркалированных анионов для создания функциональных материалов (люминесцентных покрытий, контрастирующих агентов для диагностической медицины, катализаторов и сенсоров) на основе СГ РЗЭ. В лаборатории ведутся разработки новых универсальных и экспрессных методик синтеза СГ РЗЭ, позволяющих получать их с заданным катионным и анионным составом. Также ведутся работы по получению люминесцентных материалов на основе СГ РЗЭ для бесконтактного измерения температуры и светочувствительных материалов для контролируемой загрузки и высвобождения лекарственных средств.
Биоаналитическая химия
Одним из новых направлений в лаборатории является исследование биохимической активности получаемых наноматериалов в свободнорадикальных реакциях с использованием различных модельных систем (молекулярные, субклеточные (надмолекулярные), клеточные, тканевые). Активно ведётся разработка новых аналитических методик генерации биохимически важных свободных радикалов. Для этой цели в лаборатории применяются чувствительные, экспрессные и информативные люминесцентные методы. Растущие темпы биомедицинского применения наноматериалов, в частности, обладающих ферментоподобной активностью, делают необходимым детальный анализ их редокс-поведения в организме. Проводимые нами исследования отвечают современным вызовам науки и практики.
Оборудование
Поскольку спектр направлений очень широк, мы используем в своей работе самые разнообразные приборы. Например, для изучения состава – дифрактометр, ИК-спектрометр; микроморфологии – растровый электронный микроскоп; люминесцентных свойств – спектрофотометры; пористости – установку для низкотемпературной адсорбции азота и т.д. Сотрудники и студенты лаборатории имеют возможность работать не только на приборах лаборатории, но и на приборах Центра коллективного пользования (ЦКП) ИОНХ РАН. Кроме того, благодаря поддержанию тесных научных контактов с Факультетом наук о материалах и Химическим факультетом МГУ, есть возможность проводить исследования на приборах ЦКП МГУ. Но и этим наши ресурсы не ограничиваются: при необходимости мы проводим совместные исследования с коллегами из других лабораторий и научных институтов.
О коллективе и сотрудничестве с другими научными группами
В настоящий момент в лаборатории работают 14 научных сотрудников (среди них 3 д.х.н., 3 к.х.н. и 1 к.б.н.), 5 аспирантов, а также около 12 студентов различных вузов – МГУ, РХТУ, ВШЭ. Заведующий лабораторией – к.х.н. Баранчиков Александр Евгеньевич.
Мы активно сотрудничаем с коллегами из других областей науки – с биологами, медиками, физиками. Так, например, ведётся многолетнее сотрудничество с:
— Институтом теоретической и экспериментальной биофизики РАН,
— Институтом хирургии им. А.В. Вишневского РАН,
— Институтом микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного НАНУ,
— Институтом физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН,
— Институтом химии растворов им. А.Г. Крестова РАН,
— Институтом физиологически активных веществ РАН,
— Петербургским Институтом ядерной физики НИЦ «Курчатовский институт»,
— Московским государственным медико-стоматологическим университетом им. А.И. Евдокимова
— и, конечно же, с Факультетом наук о материалах и различными лабораториями Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.
Научные достижения
Работа в лаборатории ведётся при поддержке грантов РФФИ и РНФ. Сотрудники и студенты лаборатории регулярно выступают с докладами на конференциях, становятся призерами и победителями различных научных конкурсов: http://oxide.ru/?q=news.
Несколько избранных публикаций:
Meet the Cerium(IV) Phosphate Sisters: CeIV(OH)PO₄ and CeIV₂O(PO₄)₂ // T.O. Kozlova, A.V. Mironov, S.Y. Istomin, K.V. Birichevskaya, et al. / Chem. Eur. J. 2020. DOI: 10.1002/chem.202002527
Photoluminescent porous aerogel monoliths containing {ZnEu} complex: the first example of aerogel modified with a heteronuclear metal complex // Kh.E. Yorov, S.Yu. Kottsov, А.Е. Baranchikov, O.V. Boytsova, M.A. Kiskin, et al. / J. Sol-Gel Sci. Technol. 2019. V.92. P.304–318. DOI: 10.1007/s10971-019-04958-9
Eu-doped layered yttrium hydroxides sensitized by series of benzenedicarboxylate and sulphobenzoate anions // Yapryntsev A.D., Abdusatorov B.A., Yakushev I.A., Svetogorov R.D., Gavrikov A.V., Rodina A.A., et al. / Dalton Trans. 2019. V.48. P.6111-6122. DOI: 10.1039/C9DT00390H
Synthesis, structural feature and properties of rosiait structure compound BiGeSbO6 // A.V. Egorysheva, S.V. Golodukhina, A.V. Khoroshilov, A.V. Tyurin, O.M. Gajtko, et al. / Ceram. Int. 2020. V.46. P.7413–7420. DOI:10.1016/j.ceramint.2019.11.237
Hybrid bromobismuthates: Synthesis, thermal stability and crystal structure of multicharged 3-ammoniopyridinium derivatives // V.Yu. Kotov, P.A. Buikin, N.P. Simonenko, A.B. Ilyukhin / J. Mol. Struct. 2020. V.1221. 128807. DOI: 10.1016/j.molstruc.2020.128807
Полный список публикаций можно найти здесь.
Контакты
Общую информацию о лаборатории можно найти на сайте: http://oxide.ru/.
Лаборатория располагается в здании ИОНХ РАН на Ленинском проспекте, д. 31, к. 1.
По всем вопросам можно писать Маше или напрямую заведующему лабораторией Александру Евгеньевичу Баранчикову (a.baranchikov@yandex.ru).