Ученые университета займутся удешевлением поиска и разработки новых перспективных материалов

Проект директора Межвузовского научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ) профессора Владислава Блатова вошел в список победителей конкурса РФФИ 2018 года на лучшие научные проекты междисциплинарных фундаментальных исследований, проводимых по теме "Металл-органические координационные полимеры — компоненты функциональных материалов нового поколения".

Заявка под номером 18-29-04010 "Моделирование, дизайн, синтез и исследование сорбционных свойств пористых координационных полимеров и материалов на их основе" одержала победу, и проект получает финансирование на ближайшие три года. Финансирование на первый год — 3 млн рублей. 

Этот проект направлен на решение основной проблемы современного материаловедения — ускорения и удешевления поиска и разработки новых перспективных материалов с применением современных методов математического моделирования и разработки элементов искусственного интеллекта. 

Для прогнозирования новых координационных полимеров, обладающих перспективными сорбционными свойствами, будет использован подход, основанный на топологическом моделировании самосборки микропористых каркасов из заданных строительных единиц по заданному топологическому мотиву. Стабильность веществ будет подтверждена методами моделирования в рамках теории функционала плотности. Сорбционные свойства будут предсказаны с помощью методов молекулярной динамики и Монте-Карло в большом каноническом ансамбле. Будет создана база данных сорбционных свойств координационных полимеров, содержащая экспериментально определенные и теоретически рассчитанные показатели сорбции. Будут определены корреляции между структурными характеристиками и параметрами сорбции и создана база знаний для масштабного скрининга координационных полимеров и поиска оптимальных сорбентов на их основе. С помощью базы знаний будет проведен поиск, компьютерный дизайн и лабораторный синтез пористых металл-органических координационных полимеров трех классов, включающих в качестве строительных единиц стержневые (цепочечные) координационные группировки, фонариковые комплексы или цирконий-содержащие полиядерные кластеры. Предполагается также изучить как сорбционные свойства исходных координационных полимеров, так и композиционных гибридных материалов на их основе с улучшенными сорбционными и хроматографическими характеристиками. В качестве компонентов композиционных сорбентов, помимо координационных полимеров, будут использованы кремнеземные и графитовые материалы. 

В проекте впервые будет использована комбинация методов математического моделирования физических свойств кристаллических веществ, биг-дата анализа, топологического дизайна, методов химического синтеза и экспериментального исследования сорбционных свойств. Созданная база знаний сорбционных свойств координационных полимеров позволит впервые в мире осуществить масштабный скрининг новых сорбентов на основе фундаментальных корреляций "состав-структура-свойство". Синтезированные вещества и композиционные материалы на их основе будут предназначены для эффективного сорбционного разделения и хранения легких газов и жидкостей, в частности, природного газа, бензина и продуктов его сгорания, анализа состава промышленных газовых смесей, хранения газообразного топлива и токсичных веществ.

"Данный проект является первым, который будет выполняться совместно МНИЦТМ и сотрудниками кафедры физической химии и хроматографии Самарского университета, — комментирует профессор Владислав Блатов. — Он продолжает серию проектов МНИЦТМ, направленных на развитие методов теоретического прогнозирования свойств пористых материалов и практическую проверку прогнозов. Мы впервые будем не только моделировать новые материалы, но также осуществлять их синтез и исследование их адсорбционных свойств. Наша заявка победила в конкурсе междисциплинарных проектов РФФИ — все три эксперта в своих отзывах отмечали гармоничное сочетание теоретических и экспериментальных методов, которое должно обеспечить достижение поставленных целей. Для нас это особенно важно: настоящая фундаментальная наука должна давать хороший практический результат. К этому мы всегда стремились. Важно и то, что наше стремление сотрудничать с экспериментальными группами наконец-то в полной мере реализовалось в Самарском университете".