Кристаллизация на границе раздела раствор соли металла – газообразный реагент и получение нового поколения нано- и микроструктурированных неорганических материалов

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 16-13-10223

НазваниеКристаллизация на границе раздела раствор соли металла – газообразный реагент и получение нового поколения нано- и микроструктурированных неорганических материалов

Руководитель Гулина Лариса Борисовна, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-202 - Химия твердого тела, механохимия

Ключевые слова Микротрубки, нанокристаллы, частицы Януса, нанослой, граница раздела, поверхность, послойный синтез, функциональные свойства, наноматериалы, интеллектуальные материалы.

Код ГРНТИ31.15.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проблема получения нано- и микроструктурированных материалов является одной из фундаментальных задач препаративной химии твердого тела. Проект направлен на развитие методологии синтеза в результате проведения реакции на границе раздела между молекулами газа и жидкофазным реагентом. Такой подход к синтезу является весьма перспективным для получения нового поколения функциональных материалов, а именно нано- и микро- трубок и спиралей неорганических соединений, 2D нанокристаллов, нано- и микро- частиц Януса, нанослоев и упорядоченных массивов наночастиц на поверхности подложек. Образование 1D и 2D нано- и микроструктур, как правило, требует наличия слоистой, анизотропной кристаллической структуры, в то время как обычно типичные неорганические соединения не обладают подходящей структурой. Одним из ключевых способов получения таких неорганических структур является проведение синтеза на границе раздела, поскольку в этих условиях реализуется богатый набор критических условий для их формирования. Анализ литературы свидетельствует о большом интересе к синтезу на границе раздела (твердое тело-газ, твердое тело-жидкость, жидкость-жидкость и т.д.). В то же время, огромные возможности использования границы жидкость – газ для формирования новых твердых материалов не изучены в полной мере и не используются. Наш проект направлен на восполнение этого пробела препаративной неорганической химии твердого тела, а именно изучение особенностей кристаллизации на границе раздела водный раствор соли металла – газообразный реагент. Авторами настоящего проекта с 2013 года было опубликовано 6 работ, в которых предложено использовать межфазную реакцию на границе раздела жидкость-газ для кристаллизации неорганических фторидов, сульфидов, оксидов металлов с морфологией 2D нанокристаллов и микротрубок. Мы полагаем, что предлагаемый подход является универсальным, т.е. подходит для синтеза нано- и микроструктур таких неорганических веществ, которые не обладают слоистым кристаллическим строением. Ввиду того, что подобные нано- и микроразмерные неорганические структуры с заданной пространственной морфологией являются весьма перспективными для применения в качестве сорбентов, катализаторов, сенсоров, материалов хранения и преобразования энергии, доставки лекарств и пр., необходимо активно развивать новые простые перспективные методы их получения. Данная конкретная задача является актуальной как с точки зрения получения фундаментальных знаний о процессах образования твердого тела на границе раздела жидкость-газ, так и для создания перспективных материалов с заданной пространственной морфологией, обуславливающей их уникальные свойства. Характеризация синтезированных соединений будет осуществлена комплексом современных методов спектроскопии, микроскопии, рентгеновской и электронной дифракции, энергодисперсионного микроанализа, термогравиметрического анализа. При изучении функциональных свойств будут исследованы их оптические, магнитные, электрохимические и электрофизические свойства и построены диаграммы, отражающие влияние химического состава, размерного и морфологического эффектов на соответствующую характеристику. Одной из наиболее важных задач проекта является разработка, тестирование, отладка автоматизированной установки для синтеза нано- и микроструктурированных материалов на границе раздела жидкость-газ. Результатом работы будут: a) получение фундаментальных знаний о процессах кристаллизации на границе раздела водный раствор – газообразный реагент; b) разработка синтетических методов получения нового поколения нано- и микроструктурированных неорганических материалов, таких как 2D нанокристаллы, нано- и микро- трубки и спирали, нано- и микрочастицы Януса, нанослои и пр.; c) автоматизированная установка для синтеза на границе раздела жидкость-газ; d) результаты исследования функциональных свойств опытных образцов нового поколения нано- и микроструктурированных материалов и рекомендации для практического использования их в качестве новых улучшенных сенсоров, катализаторов, электролитов, материалов ионики и др.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Гулина Л.Б., Толстой В.П., Кукло Л.И., Михайловский В., Панчук В., Семенов В.Г. Synthesis of Fe(OH)3 Microtubes at the Gas–Solution Interface and Their Use for the Fabrication of Fe2O3 and Fe Microtubes European Journal of Inorganic Chemistry, Выпуск: 17 Стр.: 1842-1846 (год публикации - 2018)
10.1002/ejic.201800182

2. Касаткин И.А., Гулина Л.Б., Платонова Н.В., Толстой В.П., Мурин И.В. Strong negative thermal expansion in the hexagonal polymorph of ScF3 CrystEngComm, Vol 20 (20), Pp. 2768-2771. (год публикации - 2018)
10.1039/C8CE00257F

3. Гулина Л.Б., Толстой В.П., Лобинский А.А., Петров Ю.В. Formation of Fe and Fe2O3 Microspirals via Interfacial Synthesis Particle & Particle Systems Characterization, Том: 35 Выпуск: 9 Номер статьи: 1800186 (год публикации - 2018)
10.1002/ppsc.201800186

4. Гулина Л.Б., Толстой В.П., Петров Ю.В., Данилов Д.В. Interface-Assisted Synthesis of Single-Crystalline ScF3 Microtubes Inorganic Chemistry, Том: 57 Выпуск: 16 Стр.: 9779-9781 (год публикации - 2018)
10.1021/acs.inorgchem.8b01375

5. Гулина Л.Б., Щикора М., Привалов А.Ф., Вейглер М., Толстой В.П., Мурин И.В., Вогель М. Influence of Morphology of LaF3 Nano-crystals on Fluorine Dynamics Studied by NMR Diffusometry Applied Magnetic Resonance (год публикации - 2018)
10.1007/s00723-018-1077-z

6. Толстой В.П., Гулина Л.Б., Голубева А.А., Ермаков С.С., Гуренко В.Е., Наволоцкая Д.В., Владимирова Н.И., Королева А.В. Thin layers formed by the oriented 2D nanocrystals of birnessite-type manganese oxide as a new electrochemical platform for ultrasensitive nonenzymatic hydrogen peroxide detection Journal of Solid State Electrochemistry (год публикации - 2018)
10.1007/s10008-018-04165-6

7. Гулина Л.Б., Гуренко В.Е., Кодинцев И.А., Кукло Л.И., Лобинский А.А., Толстой В.П. Особенности кристаллизации фторидов лантана и скандия в условиях синтеза на границе раздела водный раствор – газообразный реагент Тезисы докладов РДРЗ-2018. IV Всероссийская конференция “IV Российский день редких земель”, ИНЭОС РАН, Москва, Стр. 30 (год публикации - 2018)

8. Гулина Л.Б. Новые функциональные материалы на основе соединений, синтезированных на границе раздела раствор соли переходного металла – газообразный реагент Тезисы докладов Всероссийской конференции с международным участием «Химия твердого тела и функциональные материалы» и XII Всероссийского симпозиума с международным участием «Термодинамика и материаловедение» Под редакцией В.В. Гусарова, C. 14-15 (год публикации - 2018)

9. Гулина Л.Б. Особенности кристаллизации неорганических оксидных соединений в результате взаимодействия на границе раздела раствора соли металла с газообразным аммиаком и формирование их микротубулярных структур Тезисы докладов. Кластер конференций 2018. Суздаль, Россия, С. 235 (год публикации - 2018)

10. Владимирова Н.А., Голубева А.А., Гулина Л.Б., Гуренко В.Е., Ермаков С.С., Кодинцев И.А., Лобинский А.А., Наволоцкая Д.В. Эффект допирования микротрубок оксида марганца для улучшения функциональных характеристик микроэлектродов и сенсоров на их основе Тезисы докладов. Кластер конференций "Сольватация. Кристаллизация. Умные материалы 2018". Суздаль, Россия, С. 294 (год публикации - 2018)

11. Гуренко В.Е., Толстой В.П., Гулина Л.Б., Владимирова Н.И. Sol-gel-xerogel transformations in thin layer at the salt solution-gaseous reagent interface and the synthesis of new materials with microtubular morphology Book of abstracts. Sol-gel 2018. Saint Petersburg, Russia, P. 168-169 (год публикации - 2018)

12. Мурин И.В., Гулина Л.Б., Толстой В.П., Привалов А.Ф. Ultrahigh mobility effect of fluorine ions in the 2D oriented nanocrystals of tysonite synthesized at the gas-solution interface Conference proceeding. 14th International Conference "Fundamental problems of Solid State Ionics". Chernogolovka, Russia, P. 52, P. 278 (год публикации - 2018)

13. Гуренко В.Е., Толстой В.П., Гулина Л.Б. Effect of formation of orientеd magnetic microtubes via a gas-solution interface technique Books of abstracts. VI International Scientific Conference STRANN 2018. Moscow, Oral session, P. 20-22 (год публикации - 2018)

14. Привалов А.Ф., Гулина Л.Б., Вейглер М., Фогель М., Мурин И.В. Fluorine dynamics in nanosized superionic conductors as seen by NMR diffusometry MAGNETIC RESONANCE AND ITS APPLICATIONS. Proceedings SPb: 2019, P. 53-55 (год публикации - 2019)

15. Гулина Л.Б., Толстой В.П. Особенности кристаллизации фторидов лантаноидов в результате синтеза на границе раздела раствор соли металла - газообразный фтористый водород и получение их микротрубок Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы будущего. Тезисы докладов. Иваново., С. 111-112 (год публикации - 2016)

16. Гулина Л.Б., Щафер М., Привалов А.Ф., Толстой В.П., Мурин И.В., Вогел М. Synthesis and NMR investigation of 2D nanocrystals of the LaF3 doped by SrF2 JOURNAL OF FLUORINE CHEMISTRY, Том: 188 Стр.: 185-190 (год публикации - 2016)
10.1016/j.jfluchem.2016.07.006

17. Гулина Л.Б., Толстой В.П. Gas - solution interface technique for design and growth of the 2D inorganic nanocrystals and microtubes from them EMN Meeting "Collaborative Conference on Crystal Growth (3CG 2016)". Program and Abstract. San Sebastian, Spain, C. 8-10 (год публикации - 2016)

18. Гулина Л.Б., Толстой В.П., Касаткин И.А., Колесников И.Е., Данилов Д.В. Formation of oriented LaF3 and LaF3:Eu3+ nanocrystals at the gas − Solution interface Journal of Fluorine Chemistry, 200, 18-23 (год публикации - 2017)
j.jfluchem.2017.05.006

19. Гулина Л.Б., Толстой В.П., Касаткин И.А., Мурин И.В. Facile synthesis of scandium fluoride oriented single-crystalline rods and urchin-like structures by a gas–solution interface technique CrystEngComm, 19, 5412-5416 (год публикации - 2017)
10.1039/c7ce01396e

20. Кукло Л.И., Кодинцев И.А., Лобинский А.А., Гуренко В.Е., Гулина Л.Б., Толстой В.П. Изучение эффектов допирования 2D нанокристаллов фторида лантана катионами металлов и перспективы практического применения микротрубок на их основе Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы будущего. Тезисы докладов. Иваново., C. 112-113 (год публикации - 2016)

21. Гулина Л.Б., Толстой В.П., Кодинцев И.А., Кукло Л.И., Лобинский А.А., Фатеев С.А. Кристаллизация на границе раздела раствор – газ как способ получения пленок, микротрубок и нанокристаллов неорганических фторидов Научная конференция грантодержателей РНФ "Фундаментальные химические исследования XXI-го века". Сборник тезисов. Москва., С. 364 (СД40) (год публикации - 2016)

22. Гулина Л.Б., Толстой В.П., Лобинский А.А., Петров Ю.В. Взаимодействие газообразных SiF4 и HF с поверхностью водного раствора хлорида лантана с образованием слоя нанокомпозита LaF3-SiO2∙nH2O и микротрубок на его основе RUSSIAN JOURNAL OF GENERAL CHEMISTRY, T.86 - Вып.12 - С.2057-2060 (год публикации - 2016)

23. Гуренко В.Е., Толстой В.П., Гулина Л.Б. The effect of microtube formation with walls, containing Fe3O4 nanoparticles, via gas-solution interface technique by hydrolysis of the FeCl2 and FeCl3 mixed solution with gaseous ammonia Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, Том: 8 Выпуск: 4 Стр.: 471-475 (год публикации - 2017)
10.17586/2220-8054-2017-8-4-471-475

24. Толстой В.П., Гулина Л.Б. Оптические и люминесцентные свойства микротрубок LaF3, полученных при "сворачивании" слоев, синтезированных на границе раздела раствор соли лантана - газообразный HF Первый кристаллографический конгресс "От конвергенции наук к природоподобным технологиям". Сборник тезисов. Москва, ВДНХ, С. 422 (год публикации - 2016)

Публикации