1.1 Физика и химия новых наноструктурированных систем и композитных материалов с заданными свойствами

Наноструктурированные системыикомпозитные материалы – новый перспективный тип материалов с набором уникальных свойств. Среди возможных направлений их использования можно выделить следующие: катализаторы для крупнотоннажного химического производства, в т.ч. нефтехимии, а также для переработки экологически опасных отходов вредных примесей и загрязнений; защитные покрытия и сенсоры; элементы новых экологически чистых источников энергии – твердооксидных топливных элементов и другие. Известно, что химические, в т.ч. каталитические свойства наночастиц и систем на их основе могут кардинально отличаться от свойств макроскопических частиц того же элементного состава. Яркий пример этого утверждения - золото, которое является инертным материалом в привычном нам масштабе, но приобретает каталитические свойства, будучи преобразованным в наночастицы. Изменение свойств наноматериалов связано не только и не столько с уменьшением линейных размеров, но, главным образом, с перестройкой их атомной и электронной структуры. При этом также необходимо учитывать такие факторы, как неоднородность различных участков наносистем, связанную, например, с взаимодействием с носителем и окружающими наночастицами (или средой), присутствием дефектов, вариацией элементного состава и т.д. Как правило, эти факторы учитываются лишь в минимальной степени, поскольку обычно исследуют систему в целом без детального рассмотрения ее локальных особенностей. В то же время именно дефекты (неоднородности) той или иной природы могут иметь решающее влияние на химические, в т.ч. каталитические свойства наночастиц и систем на их основе. Кроме того, для адекватного описания наблюдаемых явлений необходима разработка моделей, а также построение теории процессов физико-химического «конструирования» и модифицирования различных наноструктурированныхи композитных материалов, адекватно описывающих процессы, происходящие в данных системах, и имеющие прогностическую силу для оптимизации и создания новых технологий. Таким образом, перед современными исследователями стоит задача определения особенностей протекания химических процессов на масштабе нанометров с учетом локальных неоднородностей частиц и воздействия внешних факторов. В настоящем исследовании предлагается новый подход к решению этих проблем с использованием современных экспериментальных и теоретических методов, позволяющих проводить изучение систем с нанометровым пространственным разрешением.