Светоуправляемое изменение морфологии наноразмерных гетероструктур и физико-химических процессов, протекающих на границе раздела фаз

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 17-79-20186

НазваниеСветоуправляемое изменение морфологии наноразмерных гетероструктур и физико-химических процессов, протекающих на границе раздела фаз

Руководитель Скорб Екатерина Владимировна, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург

Конкурс №24 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые слова фотоактивные нанокомпозиты, гетероструктуры, наноразмерные планарные слои, интерфереционные покрытия, градиент протонов, нелинейные процессы, фотохимия

Код ГРНТИ31.00.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Разработка новых методов и подходов, направленных на выявление возможности управления объектами окружающего нано- и микромира, является приоритетным направлением развития современной науки и техники. Понимание механизмов протекания подобных процессов, помогает исследователям в обнаружении уникальных явлений, особенности которых могут быть перенесены на синтетические объекты. Например, нелинейные процессы, протекающие на границе раздела фаз полупроводник-диэлектрик или между слоями полиэлектролита, повторяют особенности множества процессов, протекающих в природе. В данном проекте будут исследованы механизмы светоуправления свойствами наноразмерных рН чувствительных планарных слоев, расположенных на поверхности широкозонных полупроводников. В частности будут установлены условия генерации протонов на поверхности полупроводников при локальном облучении, а также изучены электро-химические и морфологические изменения рН-чувствительных гетероструктур, сформированных на поверхности фотоактивного полупроводника. Для этого перед коллективом авторов будут поставлены следующие задачи: (1) определение числа и энергии фотонов, необходимых для локального изменения pH на полупроводниковой поверхности, (2) определение оптимальной наноархитектуры планарных слоев полиэлектролитов для протонного захвата и хранения, измерение градиента pH при локальном облучении системы, (3) изучение возможности осцилляций под действием света путем захвата и освобождения протонов в полиэлектролитных слоях для создания функциональных нелинейно-оптических материалов, (4) установление механизмов управления структурой полиэлектролитов параметрами внешеного воздействия для создания условий самоорганизации (5) изучение механизмов самоорганизации слоев гетероструктуры для получения нелинейно-оптического отклика. Для решения обозначенных проблем авторами будут разработаны гетероструктуры, содержащие слои фотоактивных наночастиц, в том числе и чувствительных к действию видимого света, например, допированных оксидных систем (диоксид титана, допированный железом; оксид цинка, допированный Ga), а также композитов на основе феррита висмута и титанатов железа. Предварительные результаты исследований продемонстрировали уникальную перспективу этого подхода: впервые разработана концепция управления светом за счет изменения морфологии и физико-химических свойств рН чувствительных полиэлектролитных покрытий (статья в журнале Angewandte Chemie International Edition (2016), IF= 11.7). Впервые продемонстировано обратимое увеличение толщины полиэлектролитных слоев от 100 нм до 800 нм, сопровождающеея изменением модуля Юнга покрытий более, чем на 2 порядка за счет протекания фотохимических процессов на поверхности диоксида титана. Разработанные методы дают новый стимул к развитию физической химии поверхностных явлений и нелинейных процессов, происходящих на границе раздела фаз при активировании и релаксации системы внешними электромагнитными полями. С учетом имеющегося научного задела у коллектива авторов в данной области и современное оснащение лаборатории SCAMT Университета ИТМО, в рамках которой планируется организация отдельной научной группы, не вызывает сомнений успешное выполнение проекта и всех заявленных индикаторов. Более того, руководитель проекта полностью откажется от ставки в Университете Гарварда и переедет в Университет ИТМО на полную ставку для выполнения прорывных научных проектов и преподавания с сентября 2017 года, в том числе и по семейным обстоятельствам. По результатам проекта, планируется опубликование не менее 10 статей в научных журналах из первого квартиля Q1 cо средним импакт-фактором не ниже 3,5.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Семенов С.Н., Аинла А., Скорб Е.В., Постма С. Four-Variable Model of an Enzymatic Oscillator Based on Trypsin Israel Journal of Chemistry (год публикации - 2018)
10.1002/ijch.201700146

2. Никитина А.А., Уласевич С.А., Кассиров И.С., Брюшкова Е.А., Кошель Е.И., Скорб Е.В, Nanostructured Layer-by-Layer Polyelectrolyte Containers to Switch Biofilm Fluorescence Bioconjugate Chemistry (год публикации - 2018)
10.1021/acs.bioconjchem.8b00648

3. Бондаренко Е.А., Стрельцов Е.А., Мазаник А.В., Кулак А.И., Гривикас В., Цкаяв П., Скорб Е.В. Bismuth oxysulfide film electrodes with giant incident photon-to-current conversion efficiency: the dynamics of properties with deposition time Physical Chemistry Chemical Physics, 31, 20, 20340-20346 (год публикации - 2018)
10.1039/C8CP03225D

4. Ланчук Ю.В., Уласевич С.А., Федотова Т.А., Колпащиков Д.М., Скорб Е.В. Towards sustainable diagnostics: replacing unstable H2O2 by photoactive TiO2 in testing systems for visible and tangible diagnostics for use by blind people RCS Advances, 66, 8, 377735-37739 (год публикации - 2018)
10.1039/C8RA06711B

5. Брежнева Н., Никитина А., Рыжков Н., Клестова А., Виноградов А.В., Скорб Е.В. Importance of buffering nanolayer position in Layer-by-Layer assembly on titania based hybrid photoactivity Journal of Sol-Gel Science and Technology (год публикации - 2018)

6. Кувырков Е., Брежнева Н., Уласевич С.А., Скорб Е.В. Sonochemical nanostructuring of titanium for regulation of human mesenchymal stem cells behavior for implant development Ultrasonics - Sonochemistry (год публикации - 2018)
10.1016/j.ultsonch.2018.12.024

7. Рыжков Н.В., Мамчик Н.А., Скорб Е.В. Electrochemical triggering of lipid bilayer lift off oscillation at the electrode interface Journal of the Royal Society Interface, 16, 20180626. (год публикации - 2019)
10.1098/rsif.2018.0626

8. Рыжков Н.В., Андреева Д.В., Скорб Е.В. Coupling pH-Regulated Multilayers with Inorganic Surfaces for Bionic Devices and Infochemistry Langmuir (год публикации - 2019)
10.1021/acs.langmuir.9b00633

9. Рыжков Н.В., Скорб Е.В. A Platform for Light-Controlled Formation of Free Stranding Lipid Membranes Journal of The Royal Society Interface, 163, 17, 20190740 (год публикации - 2020)
10.1098/rsif.2019.0740

10. Рыжков Н.В., Юрова В.Ю., Уласевич С.А., Скорб Е.В. Photoelectrochemical Photocurrent Switching Effect on Pristine Anodized Ti/TiO2 System as a Platform for Chemical Logic Device RCS Advances, 10, 12335-12359 (год публикации - 2020)
10.1039/D0RA00205D

11. Рыжков Н.В., Юрова В.Ю., Брежнева Н.Ю., Уласевич С.А., Скорб Е.В. Эффект переключения фототока в наноструктурированном анодированном диоксиде титана и изменение его фотоактивности мультислойными полиионными сборками РЭНСИТ, 12, 153-160 (год публикации - 2020)
10.17725/rensit.2020.12.153

12. Рыжков Н.В., Юрова В.Ю., Скорб Е.В. Shannon entropy associated with electrochemically generated ion concentration gradients NANOSYSTEMS: PHYSICS, CHEMISTRY, MATHEMATICS, 2, 11 (год публикации - 2020)
10.17586/2220-8054-2020-11-2-171-175

13. Уласевич С., Мельник И., Андреева Д.В., Мевальд Х., Скорб Е.В. Photomobility and photohealing of cellulose-based hybrids EPL, V 119, 38003, pp1-6. doi: 10.1209/0295-5075/119/38003 (год публикации - 2017)
10.1209/0295-5075/119/38003

14. Ланчук Ю., Никитина А., Брежнева Н., Уласевич С.А., Семенов С.Н., Скорб Е.В. Photocatalytic Regulation of an Autocatalytic Wave of Spatially Propagating Enzymatic Reactions ChemCatChem, 10, 1798-1803 (год публикации - 2018)
10.1002/cctc.201702005

15. Андреева Д.В., Колах А., Брежнева Н., Свиридов Д.В., Каферти Б., Мевальд Х., Скорб Е.В. Using a chitosan nanolayer as an efficient pH buffer to protect pH-sensitive supramolecular assemblies Physical Chemistry Chemical Physics, Vol. 19, No. 35, pp. 23843-23848 (год публикации - 2017)
10.1039/c7cp02618h

Публикации