О группе

Цели и задачи исследования

Целью настоящего проекта является разработка принципиально новых композиционных мембранных материалов с повышенной селективностью к транспорту однозарядных ионов. В качестве матрицы в таких материалах выступают полимерные ионпроводящие мембраны на основе полистирола, функционализированного четвертичными аммониевыми группами, в случае анионпроводящих мембран и, функционализированного сульфогруппами, в случае катионпроводящих мембран, в качестве неорганического модификатора – нанодисперсные гидрофосфаты церия(IV) с волокнистой морфологией.

Отдельной задачей предлагаемого проекта, важной с точки зрения фундаментальной неорганической химии, является установление закономерностей кристаллизации аморфных фосфатов церия(IV) в условиях гидротермальной обработки, в том числе с использованием микроволнового воздействия. В рамках проекта будут получены достоверные данные об условиях кристаллизации аморфных фосфатов церия(IV), в том числе Ce(PO₄)(HPO₄)0.5(H₂O)_0.5, Ce(OH)PO₄, NH₄Ce₂(PO₄)₃, (NH₄)₂Ce(PO₄)₂·H₂O, в диапазоне температур 130–210°С и продолжительности обработки 5 мин–7 сут. Кроме того, будет изучена возможность получения кристаллических фосфатов церия(IV), допированных алюминием и ванадием.

Для достижения заявленной цели проекта будет решен ряд научных задач, в том числе:

• Изучение закономерностей кристаллизации аморфных фосфатов церия(IV) в условиях гидротермальной обработки, в том числе с использованием микроволнового воздействия. Анализ возможности получения кристаллических фосфатов церия(IV), допированных алюминием и ванадием.
• Разработка методов получения композиционных полимерных мембран, модифицированных фосфатом церия(IV), путем синтеза неорганических частиц непосредственно в системе пор и каналов мембран.
• Детальный анализ стационарных свойств мембранных материалов (влагосодержание, ионообменная ёмкость, содержание неорганического компонента), транспортные характеристики (ионная проводимость, мембранный потенциал) и селективность по отношению к транспорту различных ионов (в том числе хлоридов и сульфатов для анионпроводящих мембран, катионов лития и магния для катионпроводящих мембран).
• Анализ распределения наночастиц фосфатов церия по толщине мембраны и установления взаимосвязей между способом изготовления композитных мембран, их микроструктурой и транспортными характеристиками.

Методы исследования

Для анализа закономерностей кристаллизации аморфных фосфатов церия(IV), а также структуры и состава композиционных мембранных материалов, будет использован единый подход, основанный на использовании взаимодополняющих методов физико-химического анализа. Авторы проекта имеют доступ к современному оборудованию Центра коллективного пользования физическими методами исследования веществ и материалов на базе Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН. Кроме того, исполнители проекта имеют возможность использования аналитического оборудования, имеющегося в распоряжении лаборатории синтеза функциональных материалов и переработки минерального сырья ИОНХ РАН. В целом, коллектив исполнителей имеет все возможности для комплексных исследований физико-химических свойств аморфных и кристаллических материалов с использованием взаимодополняющих методов анализа, включая методы просвечивающей и растровой электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, спектроскопии энергетических потерь электронов, элементного CHNS-анализа, электронной, порошковой и монокристалльной рентгеновской дифракции (в том числе имеется опыт успешного уточнения и решения кристаллических структур методом Ритвельда), рентгеновской спектроскопии поглощения, спектроскопии диффузного отражения, люминесцентной спектроскопии со сканированием в режимах возбуждения и люминесценции, динамического рассеяния света и измерения ζ-потенциала, термического и дифференциально-термического анализа, в том числе совмещенного с масс-спектрометрией газообразных продуктов термолиза, спектроскопии в ИК- и УФ-видимой области спектра электромагнитного излучения, спектроскопии комбинационного рассеяния света, низкотемпературной адсорбции азота, гелиевой пикнометрии.

Необходимо особо подчеркнуть, что привлечение студентов ВШЭ к проведению работ с использованием указанных методов анализа, включая их непосредственную работу на оборудовании, обработку экспериментальных данных с использованием современных программных пакетов (Origin, TOPAS, Crystallographica, EVA, OMNIC), даст им уникальную возможность овладеть навыками работы на современном аналитическом оборудовании и предоставит незаменимый опыт, необходимый в дальнейшей профессиональной научной деятельности.