ИСТИНА

Задачей проекта является разработка методов получения и регулирования в мягких условиях морфологии и микроструктуры низкоразмерных нанокристаллических частиц дихалькогенидов переходных металлов MX2 синтетического (M=Ti, Nb, Ta, Mo, W; X=S, Se) и природного (MoS2) происхождения, включая наносферические и нанотрубчатые частицы этих материалов, с целью создания новых материалов, перспективных для использования в антифрикционных системах, фотокатализе и оптоэлектронике; выявление и изучение факторов, влияющих на стабилизацию наночастиц MX2 в различных средах; исследование структурно-химических аспектов фрагментирования массивных кристаллов и стабилизации наночастиц. Для получения наноразмерных частиц MX2 различной геометрии предполагается использовать в качестве прекурсоров двумерные частицы MX2, генерируемые при монослоевом диспергировании (расслаивании) исходных массивных кристаллов этих веществ. Модифицирование геометрии частиц MX2 и получение частиц заданной формы предполагается проводить как непосредственно в монослоевых дисперсиях с применением неорганических и органических темплатов (нановолокна, нанотрубки, наносферы) и структурированных сред (мицеллярные растворы, дисперсии полимеров, сетчатые полимеры), так и в гибридных слоистых соединениях MX2 с различными веществами, предварительно полученных из дисперсий. В обоих системах будут изучены и использованы особенности реакционной способности наноразмерных частиц MX2 к химическому связыванию с различными веществами и их способность участвовать в процессах самоорганизации совместно с молекулярными и полимерными агентами. Строение полученных нанодисперсных материалов на всех стадиях получения, а также их структурные превращения, инициируемые химическим и термическим воздействием, будут изучены методами рентгеновской и электронной дифракции, оптической спектроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии. Морфология частиц полученных материалов будет установлена с использованием просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии.

Для получения нанодисперсных частиц дихалькогенидов переходных металлов (MX2) процесс расслаивания (монослоевого диспергирования) их кристаллов, а также последующая сборка гибридных слоистых соединений с их участием были реализованы при химическом или электрохимическом переносе заряда на их слои. Эффективность этих методов была соспоставлена для различных MX2 (M= TiS2, ZrS2, NbS2, NbSe2, TaS2, MoS2). На примере MoS2 была установлена зависимость дисперсности частиц, межслоевых расстояний в них и их характеристических размеров от условий монослоевого диспергирования и последующей температурной обработки в интервале 100-850oC. Впервые изучены закономерности самоорганизации наночастиц MX2, полученных в результате монослоевого диспергирования (в виде жидкофазных монослоевых дисперсий и нанокристаллической порошкообразной формы), с рядом молекулярных и полимерных катионных органических соединений (включая производные имидазолия и бензимидазолия, поликатионы на основе полигексаметиленгуанидина, полидиаллилдиметиламмония). Получены гибридные соединения MoS2 с различным порядком чередования неорганических и органических слоев и установлено их строение. Изучены микроструктурные особенности тонких пленок, образуемых наночастицами MoS2 и его слоистыми соединениями с различными гостями. Впервые обнаружено и исследовано влияние концентрации катионных алкиламмонийных ПАВ на наноструктурные характеристики их гибридных соединений с MoS2, формирующихся в мицеллярных растворах. Предложена модель строения таких соединений, согласно которой с ростом концентрации гостя происходит постепенный переход от самоорганизованных ансамблей молекул ПАВ к их плотной кристаллической упаковке в межслоевом пространстве неорганической матрицы. Для соединений этого типа исследованы трансформации структуры, инициированные термодеструкцией слоев ПАВ и установлено, как изменяется при этом состав этих систем, их структурные параметры, а также толщина и морфология частиц MoS2. Впервые показано, что структура и морфология монослойных частиц MoS2, полученных методом химического расслаивания, модифицируется при образовании ими совместных нанокомпозитных структур с частицами оксида алюминия и углеродными нанотрубками, на поверхности которых при этом формируются частицы сульфида толщиной в несколько монослоев. Поликатионные модификаторы поверхности интенсифицируют процесс формирования такого сульфидного покрытия и встраиваются в него. Обнаружено, что морфология тонкослойных частиц MoS2 подстраивается под морфологию углеродных нанотрубок. Для изучения состава, строения, морфологии и упорядоченности полученных наноструктур и композитов MX2 использованы различные физико-химические методы, включая порошковую рентгеновскую дифракцию, электронную микроскопию, дифференциальную сканирующую калориметрию.