Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Болдырев Александр Иванович США
Номер договора
14.Y26.31.0016
Период реализации проекта
2017-2019
20
Количество специалистов
106
научных публикаций
Общая информация

Название проекта: Теоретическое моделирование полифункциональных элементоорганических и координационных соединений и материалов на их основе с регулируемыми оптическими, электрическими и магнитными свойствами

Приоритет СНТР: а



Цели и задачи

Направления исследований: Изучение новых аллотропных форм бора, углерода, алюминия и кремния

Цель проекта: Организация современной, хорошо оснащенной лаборатории квантовой химии в Южном федеральном университете, на базе которой проводятся квантово-химические исследования и молекулярный дизайн новых одно-, двух- и трехмерных молекулярных систем с регулируемыми электрическими и магнитными свойствами для нужд молекулярной электроники, спинтроники и различных областей техники

Практическое значение исследования
  • Проведен литературный обзор теоретических исследований структур, стабилизированных за счет эффекта сигма-ароматичности, а также рассмотрена применимость концепции к ним. Продемонстрирована стабилизирующая роль сигма-ароматичности и установлены критерии устойчивости соединений.
  • Исследованы структура, устойчивость и проводящие свойства линейных цепочечных производных неорганических галогенидов элементов 14–16 групп, включая системы, допированные атомами щелочных металлов (Li, Na). Показано, что они характеризуются динамической неустойчивостью: низкочастотные ветви фононного спектра заходят в мнимую область на протяжении всей зоны Бриллюэна.
  • Исследовано геометрическое и электронное строение нового аллотропа алюминия – кристаллического супертетраэдрического алюминия, построенного на основе решетки алмаза, в которой атомы углерода заменены на тетраэдры Al4. Использована граница энергий 750 эВ для плоских волн. Упрощена зона Бриллюэна с автоматической генерацией решетки размером 15x15x15методом Монкхорста–Пэка (Monkhorst-Pack). Изучена природа химической связи в кристалле супертетраэдрического алюминия при помощи программы AdNDP. Показана возможность проявления исследуемым материалом хорошей электропроводимости и пластичности, что позволяет отнести его к полуметаллам.
  • Показано, что поглощение света супертетраэдрическим алюминием происходит в синей области видимого спектра: материал имеет плотность, равную 0,61 г/см3, что значительно ниже плотности воды и плотности чистого кристаллического алюминия 2,7 г/см3. Рассчитанные значения постоянных Гука и модуля сдвига свидетельствуют о высокой пластичности супертетраэдрического алюминия.
  • Проведены расчеты молекулярной модели Al4(Al4H3)4 с использованием метода AdNDP для изучения природы химической связи в кристалле супертетраэдрического алюминия, которые показали существование четырех трехцентровых двухэлектронных (3c-2e) ковалентных связей для всех граней центрального алюминиевого тетраэдра в рассматриваемом кластере.
  • Проведено изучение строения и свойств срощенных с двумя редокс-активными о-бензохиноновыми группами аценов и их комплексов с катионами натрия и дикетонатами кобальта методом теории функционала плотности (DFT UB3LYP*/6-311++G(d,p)) с использованием программы Gaussian 16. Показано, что увеличение числа конденсированных колец приводит к стабилизации бирадикалоидного состояния аценов и переключению характера обменных взаимодействий между семихиноновыми формами редокс-активных фрагментов с антиферромагнитного на ферромагнитный. Компьютерное моделирование аддуктов дикетонатов кобальта (II) с аценами, функционализированными хиноновыми фрагментами, продемонстрировало способность соединений претерпевать одно- и двухступенчатые спиновые переходы, вызываемые внутримолекулярными переносами электронов между ионами металла и лигандной системой. Предсказан аналогичный тип обменных взаимодействий в структурах с промежуточным спиновым LSCoIIISQ-[С]n-[C]n-QHSCoII состоянием между семихиноном и гептаценовым фрагментом. Показано ферромагнитное взаимодействие неспаренных электронов иона кобальта с парамагнитными центрами, локализованными на органических фрагментах.
  • Изучена возможность реализации двумерного материала, составленного конденсированными шестичленными циклами N3P3. Анализ поверхности потенциальной энергии стехиомеров N3P3 с использованием методов DFT, CCSD(T), CASSCF показал, что плоская шестиугольная структура незначительно дестабилизирована относительно слабосвязанного ван-дер-ваальсового комплекса, включающего искаженный тетраэдр NP3 и молекулу N2. Обнаружено наличие очень высоких энергетических барьеров (>70 ккал/моль), обеспечивающих кинетическую устойчивость данных структур. Показано наличие у молекулы N3P3 лигатирующих свойств.
  • Обобщена роль сигма-ароматичности в стабилизации органических и металлорганических соединений, а также металлокластеров. С помощью компьютерного моделирования показана неустойчивость линейных систем на основе фторидов кремния и фосфора. Установлено, что ацены, модифицированные двумя о-хиноновыми группами, являются подходящей основой для построения биядерных координационных соединений переходных металлов, магнитные свойства которых могут управляться посредством варьирования количества конденсированных шестичленных колец и заместителями в терминальных фрагментах. На основании данных квантово-химических расчетов высокого уровня впервые предсказано существование ароматической молекулы N3P3, способной выступать в качестве лиганда, а также новой аллотропной формы алюминия, обладающей малой плотностью (легче воды), высокой пластичностью, прочностью и другими полезными прикладными свойствами.

Образование и переподготовка кадров:

  • Проведена стажировка студентов, аспирантов и сотрудников по курсам «Расширенное администрирование SUSE LinuxEnterpriseServer 12», «Визуализация данных в MicrosoftExcel 2013 и MicrosoftPowerPoint 2013».
  • Создан учебный модуль «Современное состояние теории химической связи», являющийся частью профессиональной дисциплины «Методы синтеза материалов» базового учебного плана магистерской программы «Полифункциональные материалы».

Сотрудничество:

Университет Эмори (США), Флоридский международный университет (США): совместные исследования

Скрыть Показать полностью
Getmanskii I.V., Koval V.V.,Minyaev R.M., Boldyrev A.I., Minkin V.I.
Supertetrahedral Aluminum – a New Allotropic Ultra-Light Crystalline Form of Aluminum.The Journal of Physical Chemistry C121(40): 22187–22190(2017).
Boldyrev A.I., Popov I.A.,Starikova A.A., Steglenko D.V.
Usefulness of the σ-Aromaticity and σ-Antiaromaticity Concepts for Clusters and Solid-State Compounds.Chemistry – A European Journal 24(2): 292–305 (2017). Impact Factor: 5.317.
StarikovaА.А., Starikov A.G., Minyaev R.M., Boldyrev A.I., Minkin V.I.,
Magnetic Properties of Acenes and Their o-Quinone Derivatives: Computer Simulation.Doklady Chemistry 478(2): 21–25(2018).
Starikova A.A., Boldyreva N.M., Minyaev R.M., Boldyrev A., Minkin V.I.,
Computational Assessment of an Elusive Aromatic N3P3 Molecule.ASC Omega 3: 286–291 (2018).
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория колебательной спектроскопии и химической визуализации

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук"

Химия

Новосибирск

Казарян Сергей Гургенович

Великобритания

2019-2021

Лаборатория физики поверхности и катализа

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Осетинский государственный университет имени Коста Левановича Хетагурова"

Химия

Владикавказ

Заера Франциско

США

2019-2021

Лаборатория химического дизайна новых многофункциональных материалов

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Химия

Екатеринбург

Миньон Антуан Бернар Поль

Франция

2019-2021