Текущие проекты    

"Дизайн низкоразмерных наноматериалов для искусственного фотосинтеза"

РНФ, проект 21-73-20183

2021-2024

Руководитель: Попов Захар Иванович

Краткое описание: Искусственный фотосинтез - это химический процесс, который биомимикрирует естественный процесс фотосинтеза для преобразования солнечного света, воды и углекислого газа в углеводы и кислород. Термин искусственный фотосинтез обычно используется для обозначения любой схемы захвата и хранения энергии солнечного света в химических связях топлива (солнечного топлива). Предлагаемое исследование направлено на поиск новых материалов для реализации фотокаталитического расщепления воды с образованием водорода и кислорода. 

 

Публикации в рамках проекта:

1. Popov Z.I., Sukhanova E.V., Kvashnin D.G. Metallocene Inspired 2D metal intercalated carbon allotropes: stability and properties via DFT calculations Carbon, 184, 714-720 (2021), doi: 10.1016/j.carbon.2021.08.074

"Новые 0D/2D гетероструктуры для фотоники, сенсорики и катализа"

РНФ, проект 21-73-10238

2021-2024

Руководитель: Квашнин Дмитрий Геннадьевич

Краткое описание: Двумерные наноматериалы представляют собой перспективную платформу для создания материалов, имеющих потенциал для использования в широком диапазоне применений: оптике, сенсорике, катализе. Препятствием на пути к повсеместному применению вновь синтезируемых двумерных наноматериалов различного химического состава является их низкая стабильность в окружающей среде при нормальных условиях. Альтернативой к поиску новых низкоразмерных структур может служить функционализация известных структур дихалькогенидов металлов (ДПМ) и двумерных форм углерода, таких как графен и его производные (оксид графена (ОГ), восстановленный оксид графена) с целью придания им желаемых свойств. Таким образом возможно не только повысить их стабильность в окружающей среде, но и значительно улучшить их характеристики. 

Проект нацелен на поиск новых масштабируемых подходов по функционализации поверхности двумерных наноматериалов органическими молекулами для обнаружения перспективных покрытий не только для защиты материалов от деградации под воздействием окружающих условий, но и для наделения данного материала и всей получаемой новой гетероструктуры уникальным набором необходимых свойств для потенциального применения в индустрии. 

 

Публикации в рамках проекта:

1. Z.I. Popov, K.A. Tikhomirova, V.A. Demin, S. Chowdhury, A.R. Oganov, A.G. Kvashnin, D.G. Kvashnin Novel two-dimensional boron oxynitride predicted using the USPEX evolutionary algorithm PCCP, 23, 26178-26184 (2021), doi: 10.1039/D1CP03754D

2. N.D. Orekhov, J.V. Bondareva, D.O. Potapov, P.V. Dyakonov, O.N. Dubinin, M.A. Tarkhov, G.D. Diudbin, K.I. Maslakov, M.A. Logunov, D.G. Kvashnin, S.A. Evlashin Mechanism of graphene oxide laser reduction at ambient conditions: Experimental and ReaxFF study Carbon, 191, 546-554 (2022), doi: 10.1016/j.carbon.2022.02.018

"Поиск и исследование новых двумерных материалов для применения в качестве биохимических сенсоров"

РФФИ, проект 20-53-05009 Арм_а

2021-2022

Руководитель: Попов Захар Иванович

Краткое описание: Фокус научных интересов в области низкоразмерных наноструктур все больше смещается в сторону тех двумерным материалов, синтез которых возможен только в лабораторных условиях. Это происходит из-за того, что большинство двумерных материалов, получение которых возможно из кристаллических материалов природного происхождения, имеющих слоистую структуру (графен, дихалькогениды переходных металлов и пр.) уже были подвергнуты всестороннему исследованию. Теоретические подходы предсказания и исследования новых материалов позволяют значительно сократить затраты времени на экспериментальный синтез и исследование материалов, перспективных для применения в электронике, катализе и сенсорике.

Поиск новых низкоразмерных материалов, обладающих высокой удельной площадью поверхности и высокой чувствительностью для сенсорики является крайне сложной задачей с экспериментальной точки зрения. Для ускорения процесса поиска новых материалов в данном проекте предлагается использовать методы теоретического материаловедения.

Публикации в рамках проекта:

1. I.V. Chepkasov, E.V. Sukhanova, A.G. Kvashnin, H.A. Zakaryan, M.A. Aghamalyan, Y.Sh. Mamasakhlisov, A.M. Manakhov, Z.I. Popov, D.G. Kvashnin Computational Design of Gas Sensors Based on V3S4 Monolayer Nanomaterials, 12, 5, 774 (2022), doi: 0.3390/nano12050774 

2. Е. В. Суханова, А. Г. Квашнин, М. А. Агамалян, А. А. Захарян, З. И. Попов Карта двумерных соединений халькогенидов вольфрама (W-S, W-Se, W-Te) на основе эволюционного поиска USPEX Письма в ЖЭТФ, 115, 5, 322 (2022), doi: 10.31857/S1234567822050093

3. Sukhanova, E. V., Kvashnin, A. G., Bereznikova, L. A., Zakaryan, H. A., Aghamalyan, M. A., Kvashnin, D. G., & Popov, Z. I. 2D-Mo3S4 phase as promising contact for MoS2. Applied Surface Science, 152971 (2022), doi: 10.1016/j.apsusc.2022.152971

"Разработка эффективного подхода для расчета пьезоэлектрических свойств наноматериалов"

Гранты Президента Российской Федерации

2021-2022

Руководитель: Квашнин Дмитрий Геннадьевич

Краткое описание: В настоящее время, до сих пор является не изученным эффект влияния точечных дефектов на появление пьезоэлектричества в низкоразмерных материалах. Кроме того, существует ряд ограничений, препятствующих развитию данных исследований. Все они связаны с отсутствием эффективных методик предсказания пьезоэлектрических коэффициентов. В ходе реализации проекта будет разработан подход для оценки зависимости возникающей электрической поляризации вдоль выделенных направлений, основываясь только лишь на атомной геометрии наноструктуры. Для этого будет собрана база данных изменения локальных дипольных моментов на связях в наноструктур при механических деформациях, основанная на множественных результатах расчетов с помощью теории функционала электронной плотности. Предлагаемый подход будет сначала апробировать на известном материале – гексагональном нитриде бора, после чего с его помощью будут изучены эффекты влияния точечных дефектов на появление пьезоэффекта в графене.

Публикации в рамках проекта:

1. Z.I. Popov, K.A. Tikhomirova, V.A. Demin, S. Chowdhury, A.R. Oganov, A.G. Kvashnin, D.G. Kvashnin Novel two-dimensional boron oxynitride predicted using the USPEX evolutionary algorithm PCCP, 23, 26178-26184 (2021), doi: 10.1039/D1CP03754D

 

    Завершенные проекты    

"Разработка эффективных методов моделирования образования квазидвумерных материалов и исследование их атмосферной стабильности"

РНФ, проект 18-73-10135

2018-2021

Руководитель: Квашнин Дмитрий Геннадьевич

Краткое описание: Основные усилия современного материаловедения направлены на получение новых материалов с перспективными свойствами контролируемым путём, для чего необходимо глубокое понимание механизмов их формирования. Также крайне важным является оценка стабильности атомной структуры полученных материалов в атмосфере. Эти задачи могут быть решены путём детального теоретического анализа современными методами компьютерного моделирования. Данный проект посвящён исследованию недавно открытого класса материалов – двумерных плёнок, многие представители которого демонстрируют уникальные свойства.
Так, в проекте предлагается разработать эффективный метод, позволяющий решить такие важные задачи материаловедения как (i) понимание процессов образования двумерных наноструктур на подложках различного состава; (ii) контроль атмосферной стабильности 2D наноструктур.
В первой части проекта будет проведена разработка, адаптация и расширение эволюционного алгоритма  для проведения моделирования образования низкоразмерных наноструктур на подложках. Новый метод впервые позволит эффективно предсказывать кристаллическую структуру низкоразмерных материалов (2D плёнок из одного и нескольких слоёв  и планарных гетероструктур на их основе) произвольного состава, состоящих из более чем 2х типов атомов, на различных подложках в зависимости от внешних параметров (температура, давление). В настоящий момент такие исследования в мире не проводятся.
Во второй части проекта предлагается изучить атмосферную стабильность материалов, предсказанных на первом этапе выполнения проекта, а именно исследовать процесс дефектообразования в их структуре под влиянием различных молекулярных групп, содержащихся в атмосфере окружающей среды. Будут определены возможные способы стабилизации двумерных материалов в случае их нестабильности при нормальных условиях. Данное исследование принципиально важно для дальнейшего развития 2D материаловедения, поскольку позволит определить перспективные структуры способные работать длительное время в электронных устройствах.

 

Публикации в рамках проекта:

1. Peto J., Ollar T., Vancso P., Попов З.И., Magda G.Z., Dobrik G., Hwang C., Сорокин П.Б., Tapaszto L. Spontaneous doping of the basal plane of MoS2 single layers through oxygen substitution under ambient conditions Nature Chemistry, 10,1246-1251 (2018), doi: 10.1038/s41557-018-0136-2

2. Ванчо П., Попов З.И., Пето Дж., Оллар Т., Добрик Г., Пап Дж.С., Хванг Ч.Ю., Сорокин П.Б., Тапасто Л. Transition metal chalcogenide single-layers as an active platform for single atom catalysis ACS Energy Letters, 8, 4, 1947-1953 (2019), doi: 10.1021/acsenergylett.9b01097

3. Квашнин А.Г., Квашнин Д.Г., Оганов А.Р. Novel Unexpected Reconstructions of (100) and (111) Surfaces of NaCl: Theoretical Prediction Scientific Reports, 9,14267-14275 (2019), doi: 10.1038/s41598-019-50548-8

4. Суханова Е.В., Попов З.И., Квашнин ДГ Теоретическое исследование электронных и оптических свойств гетероструктуры на основе молекул органического полупроводника PTCDA и MoSe2 Письма в ЖЭТФ, (2020), doi: 10.31857/S123456782011004X

5. Тихомирова К.А., Тантардини К., Суханова Е.В., Попов З.И., Евлашин С.А., Тархаров М.А., Жданов В.Л., Дудин А.А., Оганов а.Р., Квашнин Д.Г., Квашнин А.Г. Exotic Two-Dimensional Structure: The First Case of Hexagonal NaCl The Journal of Physical Chemistry Letters, 11, 3821-3827 (2020), doi: 10.1021/acs.jpclett.0c00874

6. Е.В. Суханова, Д.Г. Квашнин, З.И. Попов Induced Spin Polarization in Graphene via Interaction with Halogen Doped MoS2 and MoSe2 Monolayers by DFT Calculations Nanoscale, 12, 23248 - 23258 (2020), doi: 10.1039/D0NR06287A