Разработка функциональных органических цеолитов - самоорганизующихся материалов с заданными геометрией и иерархической организацией нанопор

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-13-10369

НазваниеРазработка функциональных органических цеолитов - самоорганизующихся материалов с заданными геометрией и иерархической организацией нанопор

Руководитель Иванов Дмитрий Анатольевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-302 - Структура и свойства полимеров, многокомпонентных полимерных систем

Ключевые слова самоорганизация, пористые наноматериалы, полимерные комплексы, клинообразные мезогены, амфифильные сульфоновые кислоты, везикулы, полимерcомы, фотополимеризация, системы доставки лекарств, колончатые мезофазы, хиральные полимеры, рентгеновская дифракция в больших и малых углах, гетерогенный кислотный катализ

Код ГРНТИ31.25.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В рамках данного проекта, адресованного Российскому Научному Фонду, предлагается использовать феномен супрамолекулярной самосборки для создания новых функциональных нанопористых органических полимерных систем с точно заданной структурой и геометрией пор. В проекте будут разработаны новые научные подходы к созданию таких функциональных нанопористых материалов, как везикулы (полимерсомы) для доставки лекарств и полые шаблоны для применений в области гетерогенного катализа. Методологической основой проекта является двухстадийный процесс, а именно самосборка с образованием супрамолекулярных комплексов и последующая фиксация образованных структур ковалентными связями. Уникальность разрабатываемых систем связана с простотой их создания и модификации, так как в основе данного подхода лежит перспективный модульный дизайн. Действительно, структура и свойства таких систем могут быть легко изменены с помощью варьирования природы макромолекулярной компоненты (т.е. полиоснования), мезоморфного лиганда (например, секторообразного амфифила, содержащего кислотную группу в составе полярной головы), а также их соотношения (т.е. степени нейтрализации). Простота модификации системы основана на том факте, что самоорганизующаяся система образуется в результате слабых нековалентных взаимодействий, что позволяет проводить самосборку простым смешиванием в растворе. Выполнение проекта разбито на две основные задачи, содержащие несколько подзадач. Первая задача состоит в создании «умных» полимерсом нового поколения, характеризующихся заданной надмолекулярной структурой и улучшенными механическими свойствами. На основании предварительно проведенных исследований предполагается что в полимерсомах, основанных на супрамолекулярных комплексах, основная макромолекулярная цепь полиоснования ориентирована параллельно стенке полимерсомы, а не перпендикулярно ей, как в абсолютном большинстве полимерсом, построенных из блочных сополимеров, что очень важно для механического упрочнения. Кроме того, заданная жидкокристаллическая природа системы (ламеллярная или колончатая) позволит точно контролировать толщину и структуру стенки, а также гидрофильно-гидрофобный баланс везикул. Данный подход позволит создать оптимальные системы для доставки лекарств. В работе будет проведен синтез новых амфифильных лигандов секторообразной формы с различной химической структурой. Вводя различные функциональные группы в химическую структуру лиганда (например, диазо-группы) и контролируя их надмолекулярную структуру, планируется придать везикулам дополнительные свойства, такие как светочувствительность, что позволит использовать световые сигналы как триггер к контролируемому высвобождению лекарственных препаратов. Вторая задача состоит в получении и использовании нанопористых систем на основе колончатых мезофаз супрамолекулярных комплексов секторообразных молекул, связанных с полиоснованием, для осуществления гетерогенных каталитических реакций. Используя оригинальные секторообразные лиганды с полимеризующимися группами в периферийных алкильных цепях, предполагается создать необходимую надмолекулярную структуру (нанометрические колонны, содержащие в себе индивидуальные цепи полиоснования), зафиксировать систему полимеризацией и затем селективно удалить макромолекулы путем вымывания растворителем. При этом предполагается, что первоначальная надмолекулярная структура амфифильных колонн в получаемом наноструктурированном полимере сохранится. В проекте будут проведены исследования подобных нанопористых шаблонов с целью выявления их каталитических свойств, в том числе для гетерогенного кислотного катализа.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Shou-Chian Hsu, Raluca I. Gearba, Dimitri A. Ivanov, and Oliver Weichold Formation of inverted columnar-hexagonal lyotropic liquid-crystalline phases in mixtures containing amine-metal hydroxides Physical Chemistry Chemical Physics (год публикации - 2019)

2. Mohammad Vatankhah-Varnosfaderani, Andrew N. Keith, * Yidan Cong, * Heyi Liang, * Martin Rosenthal, Michael Sztucki, Charles Clair, Sergei Magonov, Dimitri A. Ivanov, Andrey V. Dobrynin, Sergei S. Sheiko Chameleon-like elastomers with molecularly encoded strain-adaptive stiffening and coloration Science, Science 359 (6383), 1509-1513. (год публикации - 2018)
10.1126/science.aar5308

3. Charles Clair, Abdelaziz Lallam, Martin Rosenthal, Michael Sztucki, Mohammad Vatankhah-Varnosfaderani, Andrew N. Keith, Yidan Cong, Andrey V. Dobrynin, Sergei S. Sheiko, and Dimitri A. Ivanov Ultra-Strained Bottlebrushes in Super-Soft Physical Networks ACS Macro Letters (год публикации - 2019)

4. Raluca I. Gearba, Denis V. Anokhin, Wim Bras, Matthias Lehmann, Sergei Magonov and Dimitri A. Ivanov Understanding the Rules of the Molecular Lego: Supramolecular Assemblies of Semi-Flexible Mesogens ChemComm (год публикации - 2019)

5. Де Жу, В.Х., Марккула, Т., Альбрехт, К., Иванов Д.А., Мюллер, М., Мурран, А. Complexing P2VP and P2VP-b-PEO with Wedge-Shaped Amphiphiles Macromolecules, Volume 50, Issue 12, 27 June 2017, Pages 4754-4758 (год публикации - 2017)
10.1021/acs.macromol.7b00720

6. Анохин Д.В., Чжу С.М., Иванов Д.А. Polymer conformation in supramolecular complexes with wedge- shaped ligands: exploring the impact of the liquid-crystalline organization ACS Macro Letters (год публикации - 2017)

7. К.Н. Графская, Д.В. Анохин, Б.И. Зимка, И.А. Изделиева, Кс. Жу, Д.А. Иванов An ‘‘on–off’’ switchable cubic phase with exceptional thermal stability and water sorption capacity ChemComm, Chem. Commun., 2017, 53, 13217 (год публикации - 2017)
10.1039/c7cc08003d

8. К.Н. Графская, А.А. Пирязев, Д.В. Анохин, Б.И. Зимка, Д.А. Иванов Создание и исследование органических цеолито-подобных материалов Наноиндустрия (год публикации - 2016)

9. Х. Хернандез, Х. Жэнг, М. Розенталь, М. Лингвуд, М. Госвами, И. Чен, К. Жу, М. Мюллер, Л. Мадсен, Д. Иванов Fabrication of Ion-conducting Polymer Membranes via Crosslinking of the Mesophases Formed by Low-Molecular-Weight Wedge-Shaped Amphiphilic Mesogens Macromolecules (год публикации - 2016)

10. А. Долгополов, К. Графская, Д. Анохин, Д. Демко, К. Жу, Д. Иванов, М. Мюллер Humidity-induced formation of water channels in supramolecular assemblies of wedge-shaped amphiphiles: effect of molecular architecture on channel topology Physical Chemistry Chemical Physics (год публикации - 2016)

Публикации