Новые 0D/2D гетероструктуры для фотоники, сенсорики и катализа

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 21-73-10238

НазваниеНовые 0D/2D гетероструктуры для фотоники, сенсорики и катализа

Руководитель Квашнин Дмитрий Геннадьевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук , г Москва

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» 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 графен, ДПМ, оксид графена, функционализация, поверхностная модификация, органические молекулы, VASP, DFT, механические методы получения двумерных материалов, газовые сенсоры, электрохимические характеристики

Код ГРНТИ31.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Двумерные наноматериалы представляют собой перспективную платформу для создания материалов, имеющих потенциал для использования в широком диапазоне применений: оптике, сенсорике, катализе. Препятствием на пути к повсеместному применению вновь синтезируемых двумерных наноматериалов различного химического состава является их низкая стабильность в окружающей среде при нормальных условиях. Альтернативой к поиску новых низкоразмерных структур может служить функционализация известных структур дихалькогенидов металлов (ДПМ) и двумерных форм углерода, таких как графен и его производные (оксид графена (ОГ), восстановленный оксид графена) с целью придания им желаемых свойств. При помощи функционализации поверхности двумерных ДПМ и ОГ возможно не только повысить их стабильность в окружающей среде, но и значительно улучшить их характеристики. Подбирая необходимые функциональные группы и тип адсорбированных молекул возможно создавать наноматериалы, обладающие заданными характеристиками. Так, например, адсорбция на поверхность 2D-материала органических молекул, обладающих дипольным моментом, позволит создать пьезоэлектрический мономолекулярный слой, а полученный материал ляжет в основу структур для наноэлектромеханических систем. Кроме того, функционализация известных двумерных материалов позволит расширить области их потенциального применения, а также создать совершенно новые приборы на их основе, в числе которых оптоэлектронные устройства, сверхчувствительные газовые сенсоры, катализаторы нового поколения, а также молекулярный двигатели и искусственные мышцы. В данном проекте будет проведено детальное и всестороннее изучение масштабируемых способов функционализации поверхности 2D-наноматериалов, в том числе дихалькогенидов переходных металлов (MoS2, MoSe2 и др.) и производных графена (оксид графена, восстановленный оксид графена), посредством покрытия органическими молекулами (F4TCNQ, азотсодержащими и кислородсодержащими молекулами из ряда: имидазол, пиразол, бензимидазол, индазол, индол, фуран, пиран и др.) и металлорганическими комплексами (металлопорфирины, металлофталоцианины) как с помощью численных методов, так и проведения экспериментального синтеза и характеризации. Ключевой особенностью проекта станет использование масштабируемых методов функционализации наноструктур, что позволит в дальнейшем упростить путь от лабораторных исследований к крупномасштабному синтезу перспективных структур, демонстрирующих выдающиеся результаты в оптике, сенсорике и катализе.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Попов З.И., Тихомирова К.А., Демин В.А., Шувдхари С.,Оганов А.Р., Квашнин А.Г., Квашнин Д.Г. Novel two-dimensional boron oxynitride predicted using the USPEX evolutionary algorithm Physical Chemistry Chemical Physics, 23, 26178-26184 (год публикации - 2021)
10.1039/D1CP03754D

2. Орехов Н.Д., Бондарева Ю.В., Потапов Д.О. Дьяконов П.В., Дубинин О.Н., Тархов Г.Д., Дюдьбин Г.Д, Маслаков К.И., Логунов М.А. Квашнин Д.Г. Евлашин С.А. Mechanism of graphene oxide laser reduction at ambient conditions: Experimental and ReaxFF study Carbon, 191,546-554 (год публикации - 2022)
10.1016/j.carbon.2022.02.018

3. Юлия В. Бондарева, Даниил А. Чернодубов, Олег Н. Дубинин, Андрей А. Тихонов, Алексей П. Симонов, Николай В. Суетин, Михаил А. Тархов, Захар И. Попов, Дмитрий Г. Квашнин, Станислав А. Евлашин, Александр А. Сафонов Thermal and Electrical Properties of Additively Manufactured Polymer–Boron Nitride Composite Polymers, 15, 5, 1214-1227 (год публикации - 2023)
10.3390/polym15051214

4. Квашнин Д.Г., Байдышев В.С. Study of formation and properties of F4TNCQ/MoS2 heterostructures with point defects driven by DFT and neural network potential FlatChem, 42,100585 (год публикации - 2023)
10.1016/j.flatc.2023.100585

5. Лукьянов М. Ю., Рубекина А. А., Бондарева Ю. В., Сыбачин А. В., Дюдьбин Г. Д., Маслаков К. И., Квашнин Д. Г., Климова-Корсмик О. Г., Ширшин Е. А., Евлашин С. А. Photoluminescence of Two-Dimensional MoS2 Nanosheets Produced by Liquid Exfoliation Nanomaterials, 13(13), 1982 (год публикации - 2023)
10.3390/nano13131982

6. Коровина А.В., Квашнин Д.Г. Two-dimensional monolayer from organic molecules F4-TCNQ via DFT calculations FlatChem, 44, 100630 (год публикации - 2024)
10.1016/j.flatc.2024.100630

Публикации