Институт катализа СО РАН выиграл конкурс Минобрнауки РФ на получение гранта в форме субсидии в размере 300 млн рублей на три года на модернизацию уникальной научной установки (УНУ) — станции EXAFS-спектроскопии. В рамках гранта на станции будет реализована программа масштабных научных исследований мирового уровня для получения прорывных результатов в области катализа, зеленой энергетики и фундаментальной медицины. Обновленную станцию планируется перенести на новый источник синхротронного излучения ЦКП «СКИФ» в 2025 году.

О методе: EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure) — протяженная тонкая структура спектров рентгеновского поглощения, несет информацию о локальной атомной структуре перспективных материалов в любом агрегатном состоянии.

ХANES (X-ray Absorption Near Edge Structure) — околокраевая тонкая структура спектров рентгеновского поглощения позволяет дополнить данные EXAFS информацией об электронной структуре исследуемых материалов, в частности, степенях окисления и типах координационных полиэдров элементов, составляющих материал.

Оба метода, как правило, реализуются на источниках синхротронного излучения.

УНУ «Cтанция EXAFS-спектроскопии» входит в состав Центра коллективного пользования «Национальный центр исследования катализаторов» на базе Института катализа СО РАН и установлена на накопителе ВЭПП-3 Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. Она позволяет исследовать атомную структуру и химический состав различных образцов в жидком и твердом состояниях.

В рамках проекта будет проведена глубокая модернизация Станции EXAFS-спектроскопии, которая позволит применять на ней также дифракционные методы, включая порошковую дифракцию, рентгеноструктурный анализ монокристаллов низкомолекулярных соединений и макромолекулярную кристаллографию. На модернизированной станции будут разработаны новые методики выполнения измерений с использованием как отдельных методов, так и их комбинаций.

«Идея проекта — существенно модернизировать оборудование этой уникальной научной установки, оснастить ее новыми измерительными возможностями, чтобы можно было проводить исследования не только методом EXAFS, но и с помощью дифракции, которая наиболее широко востребована, например, в Институте катализа. В частности, речь идет о диагностике наноразмерных катализаторов дифракционными методами, — рассказал доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник отдела физико-химических методов исследования ИК СО РАН, заместитель директора по научной работе ЦКП «СКИФ» Ян Зубавичус. — Проект рассчитан на три года: с 2022 по 2024. После его завершения, в 2025 году, оборудование модернизированной УНУ Станции EXAFS-спектроскопии будет установлено как седьмая экспериментальная станция строящегося источника синхротронного излучения «СКИФ». Это будет первая станция второй очереди Сибирского кольцевого источника фотонов».

Фото: Александра Федосеева

Вследствие модернизации станции Институт катализа СО РАН сможет решать задачи мирового уровня в области диагностики катализаторов и структурно-направленного дизайна каталитических систем нового поколения с улучшенными эксплуатационными характеристиками, такими как активность, селективность и стабильность в условиях протекания реакции.

Соисполнителями по проекту являются Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН (ИНХ СО РАН) и Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН (ИХБФМ СО РАН). ИНХ СО РАН планирует решать с использованием модернизированной станции широкий спектр задач в области исследования функциональных материалов, в том числе, металл-органических каркасных соединений, которые также могут выступать в роли катализаторов, материалов для хранения водорода или энергоэффективного разделения жидких или газообразных смесей. ИХБФМ СО РАН займется решением задач фундаментальной медицины, в том числе, изучением влияния внешних поражающих факторов на живые организмы, а также исследованием молекулярных механизмов саморегуляции и адаптации. В планах проектного коллектива создать научно-технический задел для развития биомедицинских и генетических технологий, включая создание лекарственных средств (биофармпрепаратов) нового поколения, антибактериальных и противовирусных препаратов.

Еще один важный фактор — высокая производительность установки после ее модернизации. По словам Яна Зубавичуса, каждое измерение на лабораторных установках может занимать несколько часов, а если это серия из 15–20 образцов, то срок может растянуться на недели и даже месяцы. Ученый подчеркивает, что на модернизированной УНУ можно будет измерить обширную серию образцов в пределах рабочей смены и получить набор экспериментальных данных, которые позволят быстро получить ответы на вопросы — какие из исследованных материалов являются наиболее перспективными во всех смыслах и почему.

«Это будет очень эффективная, высокопроизводительная и относительно простая установка, с помощью которой можно будет получать серьезные результаты очень быстро. Думаю, что она будет крайне востребована для разных групп ученых, особенно после ее переноса на «СКИФ» с учетом уникальных характеристик этого суперсовременного источника синхротронного излучения», — резюмировал Ян Зубавичус.