En

Химики ТПУ изучают возможность создания новых магнитных материалов при помощи галогенных связей

Химики ТПУ доказали, что «слабые» галогенные связи могут влиять на кристаллическую структуру нитроксильных радикалов — это самые перспективные молекулы среди стабильных радикалов. Впервые систематически было изучено влияние невалентных взаимодействий на архитектуру кристаллов.

Химики ТПУ доказали, что «слабые» галогенные связи могут влиять на кристаллическую структуру нитроксильных радикалов — это самые перспективные молекулы среди стабильных радикалов. Впервые систематически было изучено влияние невалентных взаимодействий на архитектуру кристаллов. Эти фундаментальные знания в перспективе позволят получать магнитные материалы с заранее заданными свойствами, которые нужны для квантовых вычислений, органической электроники и спинтроники.

Исследование проводится при поддержке мегагранта Правительства РФ №075-15-2021-585 «Невалентные взаимодействия в кристаллохимическом дизайне 3D молекулярных и 2D поверхностных архитектур в целях создания функциональных материалов и решения задач химии устойчивого развития». Результаты работы были представлены на II Международном симпозиуме «Нековалентные взаимодействия в синтезе, катализе и кристаллографическом дизайне», который проходит с 14 по 16 ноября в Москве.

Невалентные взаимодействия — это вид межмолекулярных связей характеризующиеся малыми энергиями. Несмотря на «слабость» таких связей, они оказывают значительное влияние на кристаллическую структуру, а следовательно, на конечные свойства веществ. Управляя архитектурой этих связей, можно управлять и структурой веществ, создавать новые функциональные материалы.

Галогенные связи — один из видов невалентного взаимодействия, наиболее часто встречающиеся в кристаллографическом дизайне. Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ применяют их для упорядочивания структуры нитронил-нитроксильных радикалов.

«Нитроксильные радикалы — одни из самых перспективных среди стабильных радикалов. Они легко кристаллизуются, очень стабильны по отношению к влаге и кислороду, а также достаточно просто синтезируются, что обеспечивает возможность структурного разнообразия. Уникальность нашего исследования заключается в системном изучении факторов, влияющих на изменение кристаллической структуры радикалов под действием галогенных связей. Мы стремимся научиться собирать малые молекулы в нужные нам архитектуры и за счет этого управлять магнитными свойствами итоговых материалов»,

— поясняет доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Петунин

В галогенной связи акцептор и донор связываются между собой посредством взаимодействия положительно заряженной области акцептора электронной плотности с отрицательно заряженной областью донора. При этом в качестве акцепторов и доноров могут выступать самые разные молекулы. Химики ТПУ изучили сокристаллизацию нитроксильных радикалов, содержащих акцептор галогенной связи, и донора галогенной связи и выяснили, что изменением мольного соотношения донора и галогенной связи можно менять кристаллическую упаковку вещества.

В дальнейшем политехники будут работать с разными вариантами доноров и акцепторов, чтобы свести результаты разных экспериментов в единую систему. Отдельным интересным направлением исследования будут являться бифункциональные молекулы, содержащие как доноры, так и акцепторы галогенной связи. Такие молекулы начинают взаимодействовать между собой, образуя сложные полимерные цепочки различной конфигурации. 

«Наша конечная цель — найти способы управления магнитными свойствами молекул и как результат создавать новые материалы для решения тех или иных задач. После работы с простыми молекулами мы перейдем к работе с крупными молекулами, которые содержат не один неспаренный электрон, а несколько. Это связано с тем, что правильная упаковка мультиспиновых систем более перспективна, чем монорадикалов. Она может стать шагом к получению материалов с необходимыми магнитными свойствами для создания квантового компьютера, а также применения в органической электронике и спинтронике»,

— говорит Павел Петунин.