21/03/2017 ИХТТМ СО РАН
Новосибирские химики провели исследование фотомеханического эффекта в Европейском центре синхротронного излучения ESRF
346 ИХТТМ СО РАН ИГМ СО РАН СО РАН НГУ Новосибирск Химия Сотрудничество Химики НГУ провели новые эксперименты в Европейском центре синхротронного излучения ESRF (Гренобль, Франция). Они изучили влияние гидростатического сжатия в алмазных наковальнях на химические реакции в кристаллах, сопровождающиеся фотомеханическим эффектом.
В экспериментах приняли участие сотрудники кафедры химии твердого тела ФЕН НГУ: кандидат химических наук Борис Захаров (ИХТТМ СО РАН), кандидат химических наук Станислав Чижик (ИХТТМ СО РАН), а также сотрудник кафедры минералогии и петрографии геолого-геофизического факультета, доктор химических наук Юрий Серёткин (ИГМ СО РАН).
Явление фотомеханического эффекта, при котором происходит упругая деформация или разрушение кристалла из-за напряжений, возникающих в ходе фотохимической реакции, было впервые описано советскими учеными в 1980-е годы сразу в трёх научных центрах — в Нижнем Новгороде, Новосибирске и Новокузнецке. С тех пор интерес к такого рода эффектам только усиливается, ведь вопрос преобразования энергии излучения, а также тепловой энергии и энергии химических реакций в механическую работу является ключевым при проектировании новых типов микроскопических движителей и вентилей, искусственных мышц, устройств для накопления энергии, новых типов дисплеев и компонентов микроэлектроники. Кафедра химии твердого тела НГУ и Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН являются одними из ключевых исследовательских центров, в которых исследуются различные хемомеханические эффекты, включая фотомеханический эффект.
В 2013 году сотрудниками кафедры было предложено применение метода гидростатического сжатия в алмазных наковальнях для исследования природы фотомеханического эффекта в кристаллах. Исследование было выполнено на примере неорганического комплекса [Co(NH3)5NO2]ClNO3, в кристаллах которого при облучении их синим светом протекает фотохимическая реакция изомеризации с образованием [Co(NH3)5ONO]ClNO3, сопровождающаяся сильными фотомеханическими эффектами — кристаллы при протекании реакции гнутся, совершают прыжки на значительные расстояния и разрушаются. Гидростатическое сжатие в ячейках с алмазными наковальнями позволило оценить жесткость индивидуальных водородных связей в кристаллической структуре и совместно с коллегами из университета Абу-Даби (ОАЭ) предложить механизм возникновения фотомеханического эффекта.
В ходе эксперимента в ESRF, проведенного в феврале, химикам НГУ удалось провести фотохимическую реакцию в родственном веществе [Co(NH3)5NO2]Br2 in situ, при непосредственном облучении образца в ячейке с алмазными наковальнями в условиях высоких давлений до 100 000 атмосфер. Эксперименты проводились с использованием установки для облучения образца в ходе дифракционного эксперимента in situ, разработанной и усовершенствованной в ИХТТМ СО РАН доктором химических наук Анатолием Сидельниковым и Станиславом Чижиком, что позволило устанавливать структуру продукта реакции фотоизомеризации в условиях высоких давлений с точностью до координат атомов в кристалле.
Являясь самым мощным синхротроном в Европе (энергия электронов до 6 ГэВ), синхротрон ESRF предоставляет уникальные возможности для проведения исследования структур различных материалов с помощью дифракции пучка синхротронного излучения высокой интенсивности на образце. В некоторых случаях интенсивность излучения настолько высока, что позволяет добиться радиационного разрушения образца в ячейке с алмазными наковальнями, а возможность плавного повышения давления — непосредственно наблюдать красивый процесс затвердевания неона (давление около 47 тысяч атмосфер), который при нормальных условиях является инертным газом и часто используется в качестве гидростатической среды.
Исследования в ESRF проводятся сотрудниками кафедры ХТТ регулярно, один-два раза в год, в зависимости результатов конкурсного отбора заявок. Так, в одном из последних экспериментов в ESRF было исследовано влияние гидростатической среды на фазовые переходы в кристаллах органического вещества — хлорпропамида.
