|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Управляемая самоорганизация и комплексообразование в формировании гибридных наноструктур на основе плазмонных металлов и мезогенных производных холестеринаНИР
Controlled self-organization and complexation in the formation of hybrid nanostructures based on plasmonic metals and mesogenic cholesterol derivatives.
- Руководитель НИР: Шабатина Т.И.
- Ответственные исполнители: Боченков В.Е., Верная О.И., Громова Я.А., Епишев В.В., Ермилов А.Ю., Лобанова Е.М., Лысикова Т.А., Морозов Ю.Н.
- Участники НИР: Беляев А.А., Боченков В.Е., Верная О.И., Громова Я.А., Епишев В.В., Ермилов А.Ю., Лобанова Е.М., Лукьянова Е.С., Лысикова Т.А., Морозов Ю.Н.
- Подразделение: Кафедра химической кинетики
- Срок исполнения: 1 января 2018 г. - 31 декабря 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 18-03-00730/18
- Номер ЦИТИС: АААА-А18-118020590092-9
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Функциональные материалы, наноматериалы и технологии
- ПН России: Индустрия наносистем
- Направление технологического прорыва России: Стратегические информационные технологии
- Критическая технология России: Нано-, био-, информационные, когнитивные технологии
-
Ключевые слова:
самоорганизация, наночастицы металлов, металл-мезогены, комплексообразование, плазмонные наноструктуры, гибридные наносистемы, сенсорные свойства, оптические свойства
optical properties, hybrid nanosystems, plasmonic nanostructures, sensor properties, self-organisation, metal nanoparticles, metalmesogens, complexation -
Описание:
Проект направлен на создание физико-химических основ управляемого формирования гибридных наноструктур на основе частиц плазмонных металлов (серебро, медь, золото) с регулируемым размером и морфологией и самоорганизующихся матриц мезогенных жидкокристаллических веществ холестерического типа. В результате выполнения проекта будут установлены особенности комплексообразования и специфических супрамолекулярных взаимодействий и разработаны методы получения функциональных наносистем с регулируемыми оптическими свойствами и оптической сенсорной активностью. Для получения металл-мезогенных наносистем работе будут использованы два основных подхода – низкотемпературная высоковакуумная конденсация паров металлов и мезогенных компонентов с последующим контролируемым отжигом образцов и химическое восстановление ионов металлов в двухфазных системах и в матрицах мезогенных лигандов. В ходе выполнения проекта будут определены условия кинетической и термодинамической стабильности формируемых наносистем и детально проанализированы закономерности процессов самоорганизации и комплексообразования, приводящих к формированию их одномерных, двумерных и пространственных высокоупорядоченых структур, будет проведен анализ размерных эффектов и влияния надмолекулярной организации получаемых гибридных наносистем на их структурно-фазовое поведение и оптические свойства. Направленное изменение размера и формы наночастиц металлов и морфологии формируемых в различных условиях агрегатов, а также надмолекулярной организации системы в целом приводит к изменению условий плазмонного поглощения и отражения и регулированию их оптических свойств. На примере ряда модельных электронодонорных и электроноакцепторных химических веществ будет проведено тестирование получаемых образцов для создания селективных сенсорных систем.
-
Abstract:
The project is aimed at the creation of physical and chemical bases of controlled formation of hybrid nanostructures based on plasmonic metal particles (silver, copper, gold) with adjustable size and morphology and self-organizing matrices of mesogenic liquid crystalline substances of cholesterol type. As a result of the project, the features of complexation and specific supramolecular interactions will be established and methods for obtaining functional nanosystems with adjustable optical properties and optical sensor activity will be developed. To obtain metal-mesogenic nanosystems, two main approaches will be used – low-temperature high-vacuum condensation of metal vapor and mesogenic components with subsequent controlled annealing of samples and chemical recovery of metal ions in two-phase systems and in mesogenic ligand matrices. In the course of the project, the conditions of kinetic and thermodynamic stability of the formed nanosystems will be determined and the regularities of the processes of self-organization and complex formation leading to the formation of their one-dimensional, two-dimensional and spatial highly ordered structures will be analyzed in detail.the analysis of the size effects and the influence of the supramolecular organization of the resulting hybrid nanosystems on their structural-phase behavior and optical properties will be carried out. The directed change in the size and shape of metal nanoparticles and the morphology of aggregates formed under different conditions, as well as the supramolecular organization of the system as a whole, leads to a change in the conditions of plasmon absorption and reflection and the regulation of their optical properties. On the example of a number of model electron-donor and electron-acceptor chemicals, the obtained samples will be tested to create selective sensor systems.
-
Планируемые результаты:
В результате выполнения проекта будут получены прямые данные по размерно-структурным свойствам гибридных металл-мезогенных наносистем на основе плазмонных металлов (серебро, медь, золото) и мезогенных (жидкокристаллических) производных различных химических классов и определены механизмы протекающих при их формировании процессов роста, стабилизации и организации наночастиц металлов разного размера и формы и их упорядоченных агрегатов в интервале температур 80-350К. Будут установлены основные закономерности, определяющие направленное формирование высокоупорядоченных наноструктур с заданными морфологическими и оптическими свойствами на их основе. Полученные данные позволят установить взаимосвязь физико-химических свойств металл-мезогенных наносистем, прежде всего оптических, с размерно-структурными параметрами включенных частиц металла и их агрегатов и типом их надмолекулярной организации. На основе проводимых исследований будут разработаны методы формирования двумерных и пространственных плазмонных наноструктур с управляемыми оптическими свойствами. Будет осуществлен поиск сенсорной активности получаемых систем к воздействию электроноакцепторных и электронодонорных модельных реагентов и проверена возможность создания на их основе новых сенсорных материалов, установлены основные факторы, определяющие их химическую стабильность и активность
- Добавил в систему: Шабатина Татьяна Игоревна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Управляемая самоорганизация и комплексообразование в формировании гибридных наноструктур на основе плазмонных металлов и мезогенных производных холестерина |
| Результаты этапа: - Проведены эксперименты по синтезу металл-мезогенных наносистем на основе металлов 11 группы (Ag, Cu,) и мезогенных производных холестерина и тиохолестерина, определены их структурные и морфологические свойства и особенностей надмолекулярной организвции в различных фазовых состояниях. - Осуществлено комплексное спектроскопическое исследование получаемых систем методами ИК-, УФ-вид. и ЭПР-спектроскопии в ходе их формирования и структурной и химической эволюции в широком интервале температур 80-350 К, направленное на установление механизма комплексообразования и стабилизации формируемых наночастиц. Полученные спектральные данные будут анализироваться на основании результатов квантово-химических расчетов модельных систем. - Получены данные по стабильности исследуемых наносистем в различных температурных и концентрационных диапазонах. Изучено фазовое состояние систем методами дифференциального термического анализа и политермической поляризационной микроскопии | ||
| 2 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Управляемая самоорганизация и комплексообразование в формировании гибридных наноструктур на основе плазмонных металлов и мезогенных производных холестерина |
| Результаты этапа: На этапе 2019 года получены гибридных металл-мезогенных наносистем на основе наночастиц серебра и холестерических мезогенных лигандов холестерина, эфиров холдестерина и его гетероатомного производного тиохолестерина методом двухфазного химического восстановления и совместной высоковакуумной конденсации паров компонентов на охлаждаемые жидким азотом поверхности спектральных и препаративных криостатов, определены их структурно-морфологических свойства и особенности надмолекулярной организации. Проведены исследования адсорбционных свойств гибридных металл-мезогенных наносистем на основе серебра и мезогенных производных холестерина и тиохолестерина в зависимости от типа надмолекулярной организации системы, формы и концентрации наночастиц металла. Получены изотермы адсорбции полученных гибридных наносистем на частицы силикагеля. Показана возможность использования получаемых гибридных наносистем нанесенных на частицы силикагеля для селективного разделения энантиомеров хиральных органических и лекарственных веществ в условиях тонкослойной хроматографии. Разработаны методы формирования двумерных и трехмерных пространственных наноструктур, включающие наноразмерные частицы плазмонного металла разного размера и формы. Проведено численного моделирования оптических свойств упорядоченных ансамблей плазмонных наночастиц и определены степени усиления электромагнитного поля вблизи поверхности наночастиц в условиях резонанса. В результате выполнения проекта были получены прямые экспериментальные данные по размерно-структурным свойствам гибридных металл-мезогенных наносистем на основе плазмонных металлов (на примере серебра) и мезогенных (жидкокристаллических) производных различных химических классов и определены механизмы протекающих при их формировании процессов роста, стабилизации и надмолекулярной организации наночастиц металлов разного размера и формы и их упорядоченных агрегатов в интервале температур 80-350К. Были установлены основные закономерности, определяющие направленное формирование высокоупорядоченных наносистем с заданными морфологическими и структурными свойствами на их основе. Полученные данные позволяют установить взаимосвязь физико-химических свойств металл-мезогенных наносистем, прежде всего адсорбционных и оптических, с размерно-структурными параметрами включенных частиц металла и их агрегатов и типом их надмолекулярной организации. | ||
| 3 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Управляемая самоорганизация и комплексообразование в формировании гибридных наноструктур на основе плазмонных металлов и мезогенных производных холестерина |
| Результаты этапа: В результате выполнения проекта на этапе 2020 года получены экспериментальные данные по размерно-структурным свойствам гибридных металл-мезогенных систем на основе наночастиц плазмонных металлов (серебро, золото) и холестерических мезогенных лигандов, обладающих способностью к пространственной спиральной самоорганизации, и определены механизмы протекающих при их формировании процессов зарождения, роста, стабилизации и организации частиц металлов определенного размера и формы и их агрегатов заданной морфологии. Установлены основные закономерности, определяющие направленное формирование высокоупорядоченных наносистем и наноструктур с заданными морфологическими и оптическими свойствами. Полученные данные позволяют установить взаимосвязь физико-химических свойств получаемых металл-мезогенных наносистем, прежде всего оптических, с размерно-структурными параметрами включенных частиц металла и их агрегатов и характером их надмолекулярной организации. На основе проведенных исследований разработаны методы направленного формирования двумерных плазмонных наноструктур с кубической симметрией и пространственных спиральных структур в холестерической мезофазе используемых лигандов. Показана возможность управления оптическими свойствами получаемых систем путем изменения температуры, варьирования концентрации наночастиц металла и фазового состояния гибридной системы в целом. Осуществлен поиск оптических сенсорных систем чувствительных к наличию оптически активных соединений и воздействию модельных электронодонорных и электроноакцепторных соединений и установлены основные факторы, определяющие их химическую стабильность таких гибридных наносистем. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".