Самоорганизующиеся в процессе синтеза пространственные ограничения и формирование нанокристаллов на основе сложных оксидов и нанокомпозитов

Образованию наночастиц определённых размеров с узким распределением по размерам, что требуется для получения многих функциональных наноматериалов, способствует, как правило, проведение процесса их синтеза в нанореакторах, т.е. в условиях существования в реакционной системе соответствующих пространственных ограничений. Создание таких нанореакторов представляет отдельную большую задачу. Поэтому актуальной является задача разработки физико-химических принципов и методов проведения химических реакций, позволяющих осуществлять синтез наночастиц в таких условиях, в которых ограничения, выделяющие наноразмерные области пространства, формируются в ходе и в результате самого процесса образования наночастиц. В рамках данного проекта будет разработана теоретическая основа самоорганизации пространственных ограничений в реакционных системах в ходе процесса формирования наночастиц. Будут предложены физико-химические модели, описывающие одновременное с образованием нанокристаллов формирование пространственных ограничений, препятствующих массопереносу в системе и, как следствие, росту частиц. В качестве объектов экспериментальных исследований планируется выбрать системы, в которых формируются нанокристаллы на основе простых и многокомпонентных оксидов, в том числе композиционные наночастицы. В основном, будут изучаться процессы формирования оксидов, содержащих d- и f-элементы. В частности, планируется исследовать синтез в условиях самоорганизации пространственных ограничений в реакционных системах нанокристаллических оксидных фаз на основе частных разрезов систем REOn-RE'On-MeOp-Me'Oq-BiO1.5-PO2.5 (где RE, RE' - РЗЭ, Me, Me' - d-элемент). Для увеличения информативности исследований процессов формирования нанокристаллических фаз во многие системы будут включены такие элементы, как Fe, Eu, другие элементы, содержащие мёссбауэровские ядра. Указанный выше выбор оксидных систем обусловлен в определённой степени широкими перспективами применения функциональных наноматериалов на основе таких систем в энергетике, прежде всего, в энергетике на основе возобновляемых источников энергии, в катализе, включая фото- и электрокаталитические системы, а также в различных областях электроники. Основными процессами, которые станут базой для проведения исследований самоорганизации пространственных ограничений в ходе синтеза оксидных наночастиц, будут физико-химические процессы, протекающие в условиях "мягкой химии", а также быстроразвивающиеся экзотермические процессы формирования оксидных нанокристаллов в конденсированных средах. Развиваемые авторами проекта представления о роли неавтономных фаз в процессах формирования наночастиц, станут отправной точкой в разработке физико-химических принципов самоорганизации пространственных ограничений в реакционных системах. В результате работы по проекту планируется не только построить физико-химические модели таких процессов, но и предложить новые методы синтеза оксидных нанокристаллических частиц, включая композиционные наночастицы с определёнными размерами и узким распределением по размерам. Для характеризации элементного и фазового состава наночастиц, особенностей их кристаллической структуры, морфологии, размерных параметров кристаллитов и наночастиц, в том числе распределения их по размерам, функциональных свойств полученных материалов будет использован комплекс взаимодополняющих методов исследования. Это обеспечит надёжное определение системных связей между условиями синтеза наночастиц в процессах с самоорганизацией пространственных ограничений в реакционных средах с особенностями строения и свойств формирующихся при этом оксидных наночастиц. В свою очередь, полученные в результате этого исследования данные станут базовыми в разработке новых технологий для синтеза оксидных функциональных материалов с определёнными характеристиками.