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 22-23-20179

НазваниеМеталл-органические каркасы с конформационно подвижными лигандами для ионообменных, оптических и сенсорных приложений

РуководительДемаков Павел Андреевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В.Николаева Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2022 г. - 2023 г. 

Конкурс№65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс).

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-201 - Синтез, строение и реакционная способность неорганических соединений

Ключевые словаметалл-органические каркасы, алифатические лиганды, дыхание, ионный обмен, разделение, люминесценция, детекция, магнетизм

Код ГРНТИ31.17.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Развитие химии металл-органических координационных полимеров (МОКП) является важной фундаментальной научной задачей, благодаря их большому структурному многообразию и возможности целенаправленного модулирования сорбционных, каталитических, магнитных и других свойств. Относительно редкие в химии МОКП лиганды с алифатическим и алициклическим остовом обладают рядом уникальных функциональностей, таких как конформационная подвижность и прозрачность в УФ/видимом диапазоне, и перспективны для создания многофункциональных и "умных" материалов с переключаемыми строением, химическим сродством и физико-химическими свойствами. Данный проект направлен на исследование практически неизученного класса МОКП, содержащих алифатические и алициклические N,N'-диоксидные мостики, и исследование их ионообменных, оптических и магнитных приложений. В рамках проекта будут проводиться разработка методик синтеза, установление кристаллических структур и характеризация новых соединений, содержащих положительно заряженный металл-органический каркас. Будут исследоваться реакции анионного обмена в их порах, оптические, люминесцентные и магнитные свойства получаемых аддуктов, а также структурная динамика координационной решетки в процессах обмена. Ожидается получение новых материалов, перспективных для оптического, люминесцентного, магнитного обнаружения опасных анионных субстратов, а также для их селективного связывания и хранения в устойчивом виде.

Ожидаемые результаты
Одной из основных задач современной синтетической химии является получение функциональных материалов c заданными свойствами. В этом аспекте цели и методология проекта полностью соответствуют мировым тенденциям. Основным научным результатом выполнения проекта будет развитие химии практически неизученного класса металл-органических координационных полимеров, содержащих конформационно подвижные алициклические N,N'-диоксидные мостики. Будет получена фундаментальная информация о закономерностях их кристаллизации и корреляциях синтез-строение-свойства. Будут получены экспериментальные данные об их сорбционной активности, оптических, магнитных и термических свойствах, необходимые для создания полифункциональных материалов и систем с переключаемыми свойствами на основе данных МОКП. Будет создан задел для решения задач прикладного материаловедения в таких областях, как хранение информации, фотохимия и фотокатализ, селективная сорбция и разделение сложных смесей веществ. Полученные результаты будут соответствовать мировому уровню актуальных исследований и будут опубликованы в ведущих российских и международных журналах (4 статьи), рецензируемых международными базами данных Scopus и Web of Science. Результаты проекта будут использоваться в лабораторной практике студентов и образовательных программах ведущих университетов.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В первом отчетном году установлены кристаллические структуры и проведена физико-химическая характеризация для 20 новых металл-органических координационных полимеров на основе двухзарядных ионов переходных металлов и РЗМ(III) с N,N’-диоксидом 1,4-диазабицикло[2.2.2]октана (odabco). Исследованы магнитные свойства МОКП на основе Co(II) и odabco. Обнаружены ионообменные свойства пористых координационных полимеров [Co2(H2O)(NO3)(odabco)5](NO3)3·3.65H2O и [Eu(odabco)3]Сl3⸱5H2O. Получены кристаллические структуры аддуктов [Co2(H2O)(NO3)(odabco)5]I3·1.5H2O, [Eu(odabco)3]Сl2.4(NO2)0.6⸱5H2O и [Tb(odabco)3]Сl2.1(NO2)0.9⸱5H2O, обнаружен люминесцентный отклик (тушение эмиссии) представленными МОКП европия(III) и тербия(III) на включение нитрит-аниона. Также разработаны методики синтеза и установлено строение шести новых солей odabco с неорганическими анионами как пролигандов для синтеза металл-органических координационных полимеров. По результатам работы в 2022 году опубликованы две статьи и принята в печать еще одна статья с материалами, полученными в рамках проекта.

 

Публикации

1. Абашеева К.Д., Демаков П.А., Дыбцев Д.Н., Федин В.П. CRYSTAL STRUCTURE OF COORDINATION COBALT(II) AND ZINC(II) POLYMERS WITH 1,4-DIAZABICYCLO[2.2.2]OCTANE N,N′-DIOXIDE Journal of Structural Chemistry, 63, 8, 1349–1357 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1134/S0022476622080169

2. Абашеева К.Д., Демаков П.А., Федин В.П. Diverse Hydrogen-Bonded Structural Motifs in 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane N,N’-Dioxide Salts with Oxoanions Molbank, 2022, 4, M1508 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/M1508

3. Демаков П.А., Овчинникова А.А., Федин В.П. СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАТИОННОГО КООРДИНАЦИОННОГО ПОЛИМЕРА ЛАНТАНА(III) С N,N’-ДИОКСИДОМ 1,4-ДИАЗАБИЦИКЛО[2.2.2]ОКТАНА Журнал структурной химии (Journal of Structural Chemistry), - (год публикации - 2023)


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1. Синтезированы, охарактеризованы и наработаны в виде сольватов с пероксидом водорода три алифатических N,N'-диоксида, пригодные для использования в качестве пролигандов для синтеза новых металл-органических координационных полимеров. Кристаллические структуры всех трех соединений установлены методом РСА монокристаллов. Два из трех полученных N,N'-диоксидов ранее не были рентгеноструктурно охарактеризованы ни в какой форме. 2. Завершено исследование МОКП [Co2(H2O)(NO3)(odabco)5](NO3)3*3.65H2O как эффективного и рециклизуемого адсорбента для иодид-анионов. Анализ поверхностей Хиршфельда подтверждает определяющее влияние алифатической внутренней поверхности каркаса на позиции адсорбируемых иодидов и глубину протекания замещения. 3. Завершены характеризация и люминесцентное исследование серии МОКП [Ln(odabco)3]Cl3*xH2O на основе ионов редкоземельных металлов. Показано значительное снижение времени жизни люминесценции [Tb(odabco)3]Cl3*5H2O при включении нитрит-анионов и селективность данного люминесцентного отклика в ряду малых однозарядных анионов. Проведено исследование магнитных свойств изоструктурных соединений на основе Gd(III) и Dy(III). 4. Проведен систематический анализ корреляций синтез-строение-свойства для всех полученных на данный момент МОКП на основе odabco. Выявлены синтетические факторы, обусловливающие образование координационных сеток различной размерности. Полученные выводы имеют большое фундаментальное значение и могут быть использованы в целенаправленном дизайне координационных полимеров на основе алифатических N,N'-диоксидов.

 

Публикации

1. Абашеева К.Д., Демаков П.А., Полякова Е.В., Лавров А.Н., Федин В.П., Дыбцев Д.Н. Synthesis, Structural Versatility, Magnetic Properties, and I− Adsorption in a Series of Cobalt(II) Metal–Organic Frameworks with a Charge-Neutral Aliphatic (O,O)-Donor Bridge Nanomaterials, 13, 20, 2773. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/nano13202773

2. Демаков П.А. Properties of Aliphatic Ligand-Based Metal–Organic Frameworks Polymers, 15, 13, 2891. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/polym15132891


Возможность практического использования результатов
Предложенный сорбент для иодид-анионов на основе металл-органического координационного полимера кобальта(II) может быть опробован для долговременного связывания радиоактивных изотопов иода, содержащихся в большом количестве в отходах работы ядерных реакторов, либо из отработанных растворов для медицинской визуализации в стабильной твердой форме, с возможностью их обратного легкого извлечения для дальнейшего использования или переработки. Предложенный высокочувствительный люминесцентный сенсор на основе МОКП тербия(III() на нитрит-анионы может быть опробован для контроля за их содержанием на пищевых производствах. Полученные в рамках проекта результаты создают серьезный научный задел для дальнейшего развития химии класса координационных полимеров на основе алифатических N,N'-диоксидов и получения в рамках данного редкого класса соединений новых селективных сорбентов, сенсоров и материалов с переключаемыми физико-химическими свойствами.