Новые функциональные материалы для перспективных технологий: синтез, свойства, спектроскопия и компьютерное моделирование

Исследовательская тема «Новые функциональные материалы для эффективных технологий будущего: синтез, свойства, спектроскопия и компьютерное моделирование» направлена на создание новых материалов и химических технологий, компьютерное моделирование электронной структуры и функциональных свойств новых соединений и гипотетических структур. В отчете перечислены наиболее важные результаты выполненных в 2022 году исследований. Отметим важные достижения в области функциональных материалов для оптического материаловедения (люминофоров и др.), материалов для дозимиетрии, технологий получения эффективных сред для фотокатализа, очистки воды от токсичных элементов, материалов с высокими значениями диэлектрической проницаемости, а также теоретических компьютерных расчетов реальных и гипотетических структур. Большой интерес представляют кристаллической структуры и оптические свойства германатов NaYGeO4, NaYbGeO4, BaRE6(Ge2O7)2(Ge3O10) (RE = Tm, Yb, Lu) и активированных фаз NaYbGeO4:Er3+, NaYGeO4:Er3+, Yb3+, BaYb6(Ge2O7)2(Ge3O10):Tm3+, BaLu6(Ge2O7)2(Ge3O10):Tm3+,Yb3+. Отметим разработку оригинального метода синтеза термолизом Al1-xDyx(OH)(HCOO)2 в атмосфере гелия люминофоров оксида состава Al2О3:Dy3+ и твердых растворов γ-(Al1–xDyx)2O3. Полученные по данной прекурсорной методике люминофоры могут быть предложены в качестве материалов для светодиодов голубого и белого излучения (w-LED). Из прикладных разработок выделим новый наноструктурированный композитный материал номинального состава Al2O3:nC для применения их в качестве сорбентов в технологиях очистки водных растворов от тяжелых и радиоактивных металлов. Запатентован способ получения оксидно-углеродного композита Al2O3:nC с более высокой сорбционной способностью по отношению к ионам La(III), Ce(III), U(VI) в сравнении с отдельно взятыми нанодисперсными порошками оксида алюминия и углерода. К этой теме относятся также исследования известного неорганического коагулянта Al2(SO4)3, способного очищать загрязнённые воды не только от нерастворимых коллоидных и грубодисперсных примесей, но также и от токсичных ионов никеля. Большой раздел в отчете посвящен компьютерному материаловедению – первопринципным расчетом электронной структуры и свойств (магнитных, электродных, каталитических, сорбционных и др.) соединений и материалов на их основе. Интересный пример - фосфиды никеля, в частности Ni12P5, которые являются перспективным семейством бифункциональных катализаторов для электролиза воды. С использованием квантово-химических DFT расчётов детально изучены механизм действия и влияние допирования вольфрамом фосфида Ni12P5. Найдена причина высокой активности Ni12P5, допированного вольфрамом, в электрокаталитической генерации кислорода из щелочных водных сред. Также теоретически изучена сорбция ионов уранила и плутанила на кластерах меткара в азотной кислоте и воде, определены барьеры диффузии ионов Na в перспективных натриевых проводниках - молибдатах Na5R(MoO4)4, R=Y, La, Bi и установлены наиболее вероятные пути диффузии, рассчитаны возможные изоструктурные аналоги железных сверхпроводников InCo2As2 и KInCo4As4 с электронной структурой родительской ВТСП системы BaFe2As2, определены особенности электронных структур (полные и парциальные плотности состояний, энергетические зоны) систем Th-B (структуры ThB4, ThB6 и ThB12) с учетом релятивистских эффектов в формализме спин-орбитального взаимодействия и градиентной аппроксимации обменно-корреляционного функционала и т.д. Область практического применения – оптика, фотовольтаика, фотокатализ, сенсорика, спинтроника, дозиметрия, химические источники тока, разработка новых экспериментальных и теоретических методов изучения неорганических материалов.