Меню Содержимое
Научно-исследовательский институт физической и органической химии ЮФУ
Ноme E-mail Search English version
Предсказательная сила квантово-химических расчетов

Теоретическое моделирование с использованием методов квантовой механики является уникальной стартовой платформой для поиска новых функциональных материалов. Этот подход позволяет ученым до проведения дорогостоящих синтетических поисковых исследований предсказывать строение и свойства принципиально новых структур, которые выбиваются из привычных представлений о строении материи и обладают уникальными свойствами.


Коллектив исследователей ЮФУ под руководством академика В.И. Минкина на протяжении многих лет успешно применяет квантовохимические методы для конструирования новых функциональных материалов и прогнозированию их свойств. Благодаря решению руководства университета, возглавляемого Ректором Мариной Александровной Боровской, о внедрении в ЮФУ системы внутренних грантов, в 2013 году был приобретен мощный компьютерный кластер. После ввода в эксплуатацию этого вычислительного ресурса работы коллектива научной школы В.И. Минкина по теоретическому моделированию новых материалов получили импульс к развитию, позволивший значительно повысить качество научных результатов и опубликовать более 50 статей в журналах первого и второго квартиля за период 2013-2017 г. (в том числе статьи в наиболее престижных журналах в области химии - Angewandte Chemie International Edition, 4 статьи, импакт-фактор 11,99 и Journal of American Chemical Society импакт-фактор 13,8). Количество цитирований этих публикаций за короткий срок превысило 250 единиц, что закономерно привело к признанию высокого уровня исследований, проводимых учеными-теоретиками, и выделению ЮФУ в 2016 г. мега-гранта на создание лаборатории мирового уровня по теоретическому моделированию полифункциональных материалов. В рамках реализации данного проекта были существенно расширены вычислительные мощности.

Группой теоретической химии ЮФУ получен ряд уникальных результатов, демонстрирующих высокую эффективность квантовохимического моделирования при поиске перспективных инновационных материалов. Ранее была предсказана возможность существования удивительной неклассической структуры органического соединения с  находящимся в вершине пирамиды тетракоординированным атомом углерода, которое было названо пирамиданом [1-5]. При помощи расчетов были обоснованы способы его стабилизации, а также предложены возможные подходы к синтезу его производных. Сотрудничество  НИИ ФОХ ЮФУ и одного из ведущих японских университетов – Tsukuba University [6] позволило впервые  осуществить синтез производных пирамидана.

В ходе теоретического изучения двумерных и трехмерных структур на основе бора группа молодых исследователей под руководством академика В.И. Минкина и профессора Р.М. Миняева предложила новые системы, состоящие из тетраэдрановых фрагментов [7]. Согласно результатам компьютерного моделирования такие структуры сочетают низкий вес и электрическую проводимость, при этом значения модуля Юнга и коэффициента Пуассона близки к проявляемым традиционными конструкционными материалами для авиации и аэрокосмической техники.

В сентябре 2017 года вышла статья ученых НИИ физической и органической химии Южного федерального университета, в которой посредством квантово-химического моделирования предсказана возможность существования сверхлегкой кристаллической аллотропной формы алюминия на основе тетраэдрической структуры, сходной со структурой алмаза, в которой каждый атом углерода заменен тетраэдром из атомов алюминия.

Согласно расчетам, материал на основе такой структуры, называемой супертетраэдрической, будет легче воды (плотность 0,61 г/см3) и обладать высокой пластичностью [8]. Результаты исследований, изложенные в данной работе, опубликованной в журнале The Journal of Physical Chemistry C, вызвали большой интерес научного сообщества, а также российских интернет-СМИ ("Популярная механика"; Вести.Ру), и более чем 40 авторитетных англоязычных интернет-ресурсов, освещающих наиболее значимых достижения современной науки и технологий [Science Daily; Science Newsline; Sciencerecorder и др.].

1. В.И. Минкин, Р.М. Миняев, И.И. Захаров, В.И. Авдеев. "Пирамидальный тетракоординированный углерод". Журн. Орг. Хим. 1978, 14 (1), 3-15.
2. R.M. Minyaev, T.N. Gribanova, V.I. Minkin, A.G. Starikov, R. Hoffmann. "Planar and Pyramidal Tetracoordinate Carbon in Organoboron Compounds". J. Org. Chem. 2005, 70 (17), 6693-6704.
3. В.И. Минкин, Р.М. Миняев. "Пирамидан и пирамидальные катионы". Доклады Акад. Наук. 2002, 385 (4), 502-506.
4. V.I. Minkin, R.M. Minyaev, Yu.A. Zhdanov. "Nonclassical Structures of Organic Compounds". MirPubl. Moscow. 1987.
5. В.И. Минкин, Р.М. Миняев, Р. Хоффманн. "Неклассические структуры органических соединений: нестандартная стереохимия и гиперкоординация". Успехи Хим., 2002, 71 (11), 989-1014.
6. V.Ya. Lee, Y. Ito, A. Sekiguchi, H. Gornitzka, O.A. Gapurenko, V.I. Minkin, R.M. Minyaev. "Pyramidanes". J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 8794-8797 (импакт-фактор - 13,8).
7. I.V. Getmanskii, R.M. Minyaev, D.V. Steglenko, V.V. Koval, S.A. Zaitsev, V.I. Minkin, "From Two- to Three-Dimensional Structures of a Supertetrahedral Boran Using Density Functional Calculations". Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56(14), 10118-10122 (импакт-фактор - 11.99). 
8. I.V. Getmanskii, V.V. Koval, R.M. Minyaev, A. I. Boldyrev, V.I. Minkin, "Supertetrahedral Aluminum – A New Allotropic Ultralight Crystalline Form of Aluminum", The Journal of Physical Chemistry C DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b07565 (импакт-фактор - 4.536).

 


Hits: 147. Created: 13.10.2017 г.. Modified: 13.10.2017 г..
 
След. »


344090, г. Ростов-на-Дону,
пр. Стачки, 194/2
тел. (+7-863)-2-97-51-89
факс: (+7-863)-2-43-46-67
E-mail: ipoc@ipoc.sfedu.ru ipoc@ipoc.rsu.ru
в Фонд целевого капитала
Webmaster:
Коваль Виталий Викторович
тел. (+7-863)-2-43-44-88
E-mail: webmaster@ipoc.sfedu.ru