XXIX зимняя Школа по химии твердого тела

 

 

 

Министерство науки и высшего образования  
Российской Федерации 
Уральский федеральный университет 
Институт естественных наук и математики 
Уральское отделение Российской академии наук 
 

XXIX зимняя Школа по химии твердого тела  

Материалы 

 

Екатеринбург 

4–8 февраля 2020 года 
 
 
 
 
Екатеринбург 
Издательство Уральского университета 
 
2020 

УДК 351   
 
 
 
 
 
Печатается по решению 

ББК 781  
 
 
 
 
 
оргкомитета Зимней школы 

 

 

Редакционная коллегия 

Е. С. Буянова, Л. Я. Гаврилова, А. Ю. Зуев, 

М. В. Морозова, В. А. Черепанов  

 
 

 

 

 

 

XXIX зимняя Школа по химии твердого тела, Екатеринбург, 4–8 февраля 

2020 г. : материалы – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2020. – 74 с. 

ISBN 978-5-7996-3002-7 

 

В сборнике представлены краткие конспекты лекций ведущих ученых, 

прочитанных ими на Зимней школе по химии твердого тела, а также результаты 

исследований молодых ученых, представленных на молодежной секции в виде 

устных докладов.  

Адресовано студентам, аспирантам, преподавателям, научным работни
кам вузов и институтов Академии наук. 

 

 

  УДК 351 

   ББК 781 

 
 
 
 

 

© Уральский федеральный университет, 2020 

МАТЕРИАЛЫ ЛЕКЦИЙ ВЕДУЩИХ УЧЕНЫХ 

К. В. Гржегоржевский 

Уральский федеральный университет 

e-mail: kirillvalentinovich@urfu.ru 

СТРАТЕГИИ КОВАЛЕНТНОЙ ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИИ 

НЕОРГАНИЧЕСКИХ КЛАСТЕРОВ И ПОВЕРХНОСТИ НАНОЧАСТИЦ 

(КЛИК-РЕАКЦИИ)
 

Получение и дизайн гибридных материалов, в частности так называемых 

smart-materials (умных материалов), требует тонкой и контролируемой настрой
ки на молекулярном уровне их структуры. Именно по этой причине такие гиб
кие и простые в реализации подходы, как электростатическое связывание и си
лы Ван-дер-Ваальса, уступают место более контролируемому подходу – обра
зование ковалентных связей. 

Сочетание неорганических материалов, существующих в наноразмерном 

состоянии (нанокристаллы, нанокластеры, наночастицы), и возможности их 

функционализации органическими молекулами различной природы (стабили
зирующие и солюбилизирующие лиганды, линкеры и др.) создает необходимую 

платформу для интенсивного развития стратегий молекулярного дизайна. 

Несмотря на все многообразие органических производных, как правило, 

наибольшую ценность имеют синтетические пути, позволяющие привить на 

поверхности наночастицы следующие группы: -NH2, -SH, -OR, R-COH,  

R-COOH, R-Cl/Br, R-N3, R=R, R≡R. Результатом такой модификации является 

создание условий для дальнейшего ковалентного связывания таких терминаль
ных групп с различными классами сложных органических молекул посред
ством стандартных протоколов: образование пептидных связей, альдиминная 

конденсация (основания Шиффа), реакции нуклеофильного замещения (SN1, 

SN2) с алкилгалогенидами; реакции циклоприсоединения (р. Дильса-Альдера) и 

азид-алкиновое циклоприсоединение (р. Хьюсгена); радикальная полимериза
ция по кратным связям; тиол-еновая реакция. Многие из этих реакций являются 
 

*© Гржегоржевский К. В., 2020 

«клик»-реакциями, то есть имеют высокие выходы продукта, полученного сте
реоселективно, с высокой скоростью, и обусловлены существенным уменьше
нием свободной энергии Гиббса системы. 

Терминальные группы могут быть привиты на поверхность наночастиц 

посредством следующих реакций: органоалкоксилирование, органофосфонили
рование, органосилилирование и через подобные им производные олова, мы
шьяка и др. Прививание таких групп, строго говоря, происходит за счет образо
вания не простых ковалентных связей, а за счет координационных взаимодей
ствий. Именно поэтому нанокластерные полиоксометаллаты (ПОМ), состав и 

форму которых можно гибко варьировать – от 2 до 30 атомов металла в про
стых ПОМ (Кеггин, Доусон, Андерсон и др. типы структур), и до 368 атомов в 

гигантских-ПОМ (кеплераты, тороиды и др., достигающих в размере несколь
ких нанометров), являются хорошей основой для разработки новых синтетиче
ских стратегий ковалентной модификации неорганических нанообъектов и для 

создания функциональных гибридных материалов. 

Таким образом, в докладе будет произведен обзор как существующих 

стратегий модификации поверхности наночастиц для реализации подходов 

«клик»-химии, в частности в приложении к простым ПОМ, так и будут показа
ны новые результаты по функционализации Кеплерата Мо132 молекулами  

(3-аминопропил)триметоксисилана (АПТМС). После модификации нанокластер 

имеет стехиометрический состав Mo132Si12±1. Разработанный нами подход к мо
дификации поверхности Кеплерата является первым примером алкоксилилиро
вания для гигантских-ПОМ и позволит существенно увеличить спектр гибрид
ных материалов на их основе. 

 

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 19-73
00177). 

Д. А. Замятин 

Институт геологии и геохимии УрО РАН 

e-mail: zamyatin@igg.uran.ru 

МИКРОСПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ  

С ЭЛЕКТРОННЫМ И ЛАЗЕРНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ  

В ПРИМЕНЕНИИ К НЕОДНОРОДНЫМ МИНЕРАЛАМ  

И МАТЕРИАЛАМ
 

Бурное развитие аналитической техники, повышение чувствительности, 

пространственного и спектрального разрешения, а также цифровых методов ре
гистрации и обработки данных привело к интенсивному развитию физики ми
нералов и неоднородных материалов в области микро- и нанометровой локаль
ности с возможностью построения карт пространственного распределения фи
зико-химических характеристик. Такие возможности позволяют рассматривать 

неоднородные минералы как объекты, в которых реализуются широкий диапа
зон связки характеристик «состав – структура – свойство», и проводить их экс
прессное исследования на приборах одной лаборатории. Исследования с высо
ким пространственным разрешением на уровне долей и единиц микрон дости
гается использованием сфокусированных электронных, лазерных или ионных 

пучков (зондов). Особенное значение имеют неразрушающие методы исследо
вания, позволяющие последовательно применять комплекс подходов к одному 

объекту, рассматривать разные физико-химические свойства и находить между 

ними взаимосвязи. К таким методам относятся электронная и катодолюминес
центная микроскопия, электронно-зондовый рентгеноспектральных микроана
лиз, лазерно-индуцированная фотолюминесцентная, рамановская спектроско
пии и др. С использованием этих методов могут быть получены локальные 

данные о химическом составе, структуре и ее особенностях, степени амортиза
ции, ориентации кристаллитов, напряжениях и деформациях, фазовых грани
 

© Замятин Д. А., 2020 

цах, состояниях поверхности, центрах люминесценции, плотности и типах де
фектов, внутренних энергетических уровнях и др.  

Современные материаловедческие исследования отличаются использова
нием разнообразия микроскопических и микроаналитических методов, с раз
личным пространственным разрешением, энергетическим диапазоном, физикой 

явления и извлекаемой информацией. Решаемая задача, материал и особенно
сти его неоднородности во многом определяют и ограничивают методики ис
следования. Каждый метод требует специальной пробоподготовки и достаточ
ной квалификации исследователя для грамотного планирования экспериментов. 

В докладе будут представлены примеры использования микроспектроскопиче
ских методов по отдельности и в комплексе применительно к решению задач 

минералогии и материаловедения. Будет рассмотрен вопрос пробоподготовки, 

сопоставимости пространственного разрешения и планирования последова
тельности применения неразрушающих методов для исследования локально 

неоднородных минералов и материалов. Представляемые данные, преимуще
ственно, получены в ИГГ УрО РАН в лаборатории ФХМИ: фотолюминесцент
ные и колебательные спектры зарегистрированы на КР-спектрометре Horiba 

LabRam HR800 Evolution при возбуждении лазерными линиями 488, 514 и  

633 нм, электронно-дифракционные картины и изображений в обратно
рассеянных электронах зарегистрированы на сканирующем электронном мик
роскопе Jeol JSM-6390LV с приставками Oxford EBSD NordlysNano и INCA 

EDS X-max80, измерение химического состава и регистрация рентгеноэмисси
онных спектров выполнены на электронно-зондовом микроанализаторе Cameca 

SX100, оснащенном пятью волновыми спектрометрами. 

 

Работа выполнена в ЦКП УрО РАН «Геоаналитик» в рамках темы 

 № АААА-А19-119071090011-6 государственного задания ИГГ УрО РАН.  

Д. К. Кузнецов 

Уральский федеральный университет 

e-mail: dimak@urfu.ru 

МЕТОДЫ СОВРЕМЕННОЙ СКАНИРУЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ 

МИКРОСКОПИИ В ИССЛЕДОВАНИИ МАТЕРИАЛОВ
 

Электронная микроскопия была изобретена Э. Руской и М. Ноллом в 

1931 году [1]. Первый электронный микроскоп работал в режиме просвечива
ния. Однако четыре года спустя М. Нолл с коллегами разработал прототип со
временного сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) [2]. Основной це
лью их исследований было изучение взаимодействия электронов с поверхно
стью образца, поэтому фокусировке пучка электронов не уделялось должного 

внимания, что привело к пространственному разрешению около 100 мкм. 

В 1938 году профессор фон Арденн использовал две магнитные линзы и 

сканирующие катушки для сканирования сфокусированным электронным пуч
ком диаметром 50–100 нм по образцу [3]. Это был первый эксперимент по об
наружению сигналов от сфокусированного электронного пучка. Отсутствие 

эффективных детекторов для вторичных и обратноотраженных электронов в то 

время означало, что оборудование в основном использовалось в качестве ска
нирующего просвечивающего электронного микроскопа (STEM), детектирую
щего прошедшие электроны с использованием фотопленки. 

В конце XX столетия Ч. Оутли с коллегами из Кембриджского универси
тета работали над физической интерпретацией процессов, протекающих при 

исследовании материалов с помощью СЭМ [4]. Предложенные ими усовершен
ствования оборудования, включая детектор Эверхарта – Торнли, позволили 

СЭМ достичь коммерческого уровня применения.  

Достижения в области нанотехнологий за последнее десятилетие сделали 

сканирующую электронную микроскопию (СЭМ) незаменимым и мощным ин
струментом для анализа и конструирования новых наноматериалов. Разработка 
 

© Кузнецов Д. К., 2020