Теория кластерной самоорганизации химических систем и ее применение для направленного синтеза цеолитоподобных микропористых материалов

Целью проекта является построение геометрико-топологической теории возникновения, отбора и эволюции нанокластеров-прекурсоров в процессах кристалообразования каркасных микропористых неорганических соединений, имеющих цеолитоподобную структуру. Для достижения указанной цели будет использована разработанные нами ранее модель кластерной самоорганизации неорганических соединений на стадии образования нанокристаллической фазы и модель представления микропористых структур цеолитов в виде совокупности полиэдрических единиц (тайлов). Разработанная теория кристаллообразования будет включать следующие основные компоненты: 1) геометрико-топологическую модель возникновения, отбора и эволюции строительных единиц, выступающих в роли нанокластеров-прекурсоров на стадии зародышеобразования кристаллов цеолитов; 2) модель образования полиэдрических нанокластеров-прекурсоров на молекулярных темплатах (структуронаправляющих агентах); 3) топологическую модель цеолитного каркаса как периодической атомной сетки; 4) концепцию натурального тайла как минимальной строительной единицы каркаса; 5) композиционную модель цеолитного каркаса как упаковки натуральных тайлов. Теоретические модели и методы будут реализованы в виде строгих компьютерных алгоритмов. Разработанное программное обеспечение будет интегрировано с мировыми электронными базами данных по строению реальных и гипотетических (модельных) каркасов цеолитов для автоматического поиска каркасов, пригодных для синтеза, а также с базами данных по структуре молекул для отбора потенциальных молекулярных темплатов. Для моделирования образования нанокластеров-прекурсоров будут использованы пакеты квантовохимических программ (GAUSSIAN09, VASP, CRYSTAL14). Будут созданы электронные базы данных, содержащие информацию о натуральных строительных единицах цеолитных каркасов и топологических схемах их сборки, а также по органическим молекулам, способным выступать в качестве структуронаправляющих агентов в синтезе новых цеолитов. Актуальность проекта для Самарской области обусловлена тем, что материалы цеолитного типа (алюмосиликаты, алюмофосфаты и другие вещества схожей структуры) являются широко распространенными адсорбентами, и катализаторами, используемыми в нефтехимической промышленности и в системах очистки и регенерации космических аппаратов. Создание теории структурообразования цеолитов на микроуровне позволит разработать методы направленного синтеза новых материалов с требуемыми адсорбционными и каталитическими свойствами.