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 23-73-00095

НазваниеСупрамолекулярные мультимодальные гибридные системы для биомиметического катализа и фотокатализа

РуководительКалинина Мария Александровна, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2026 г.

Конкурс№79 - Конкурс 2023 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Объект инфраструктуры Центр коллективного пользования физическими методами исследования ИФХЭ РАН.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-405 - Наноструктуры и кластеры. Супрамолекулярная химия. Коллоидные системы.

Ключевые словасупрамолекулярные системы, гибридные материалы, металлоорганические каркасы, порфирины, фталоцианины, самосборка, биомиметические системы, искусственные ферменты, фотокатализ

Код ГРНТИ31.15.00, 31.15.37

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной междисциплинарной проблемы супрамолекулярной химии, коллоидной и физической химии низкоразмерных систем, связанной с разработкой базовых принципов получения супрамолекулярных гибридных материалов с управляемой каталитической активностью. Успешная реализация проекта позволит преодолеть барьер между фундаментальными исследованиями таких систем и их использованием в качестве технологической основы для производства принципиально новых материалов будущего с уникальными характеристиками, типичными для металлоорганических каркасов (МОК). Предлагаемая в проекте стратегия синтеза супрамолекулярных гибридных систем предполагает объединение биомиметической каталитической и фотокаталитической функций в одном материале за счет обеспечения эффективного взаимодействия неорганического и органического компонентов на межфазной границе. Интеграция в единую структуру нанокластеров ПОВМОК тетрапиррольных хромофоров с настраиваемым размером пор на поверхности двумерных частиц, оптически прозрачных в видимом диапазоне и при этом обладающих донорно-акцепторными, координационными свойствами и/или высокой поляризуемостью гидрофобных участков и низким уровнем Ферми, задает уникальное сочетание характеристик создаваемых супрамолекулярных гибридов. Такие материалы обладают функциональной и механической устойчивостью, селективностью распознавания молекулярных субстратов и эффективностью их каталитических превращений с участием макроциклических металлоцентров, а также фотосенсибилизацией материала в видимом диапазоне. Кроме того гибриды такого типа обеспечивают разделение фотоиндуцированного заряда как в самих ПОВМОК, так и между ПОВМОК и неорганическими компонентами, способность к инициированию различных механизмов фотокатализа за счет протекания процесса в растворе, макро- и в микропорах гибрида и увеличение его фотокаталитической активности в водной среде за счет стабилизации фотоиндуцированного заряда ПОВМОК поляризуемым неорганическим компонентом. Реализация этой идеи открывает возможность для кооперативного сопряжения каталитической и фотокаталитической активности тетрапирролов и иницирования функциональных каскадов из последовательных каталитических и фотокаталитических реакций, позволяющих осуществлять синтез или диссоциацию исходных соединений и очистку реакционной смеси от побочных продуктов после удаления целевого продукта реакции за один технологический цикл в воде как наиболее экологически чистом растворителе. Основной упор в Проекте будет сделан на использование рецепторных и фотохимических свойств линкеров для реализации синергии и мультифункциональности создаваемых супрамолекулярных гибридов и управляемого переключения между их каталитическими и фотокаталитическими функциями. Предлагаемый новый метод самосборки макроциклических хромофоров на двумерных частицах-носителях, стабилизирующих самоорганизованные ПОВМОК-структуры в двухфазных системах, может стать одним из важнейших инструментов современных нанотехнологий, направленных на контролируемое получение супрамолекулярных функциональных материалов различного назначения. Достижение поставленных в проекте целей обеспечено навыками и опытом преимущественно молодежного авторского коллектива в выполнении инновационных, сложных по замыслу и непростых по экспериментальному исполнению задач, относящихся к получению и исследованию дисперсных систем, ультратонких организованных пленок, покрытий и супрамолекулярных ансамблей на межфазных границах из фотохромных, редокс-активных соединений, полимеров и наночастиц для сенсорики, фотоники и электроники. Использование комплекса современных методов исследования, имеющихся в распоряжении ИФХЭ РАН в рамках ЦКП ФМИ, обеспечит получение полной информации о структуре и свойствах гибридных систем на различных этапах их формирования.

Ожидаемые результаты
Главным итогом выполнения Проекта станет разработка стратегии сборки принципиально новых мультимодальных супрамолекулярных гибридных катализаторов на основе ПОВМОК тетрапиррольных соединений и дисперсных двумерных и квазидвумерных неорганических матриц. Отличительной особенностью данной стратегии является ее лабильность по отношению к композиционному составу создаваемых гибридных систем и высокий потенциал применения для инновационных технологий, связанных с производством и применением функциональных наноматериалов. В рамках проекта будет разработан комплекс подходов к стабилизации ПОВМОК порфиринатов и фталоцианинатов в супрамолекулярных гибридах на основе оксида графена, сульфида молибдена и слоистых гидроксохлоридов европия и тербия. Будет выявлена роль размера и состава неорганических частиц, а также соотношения компонентов исходной системы и типа взаимодействий между ними на основные характеристики структурообразования супрамолекулярных гибридов, что позволит определить границы применимости предложенной стратегии для контролируемого производства таких материалов. Впервые будут получены гибридные металлоорганические каркасные структуры на поверхности квазидвумерных матриц, собранные из макроциклических линкеров различного размера и строения, и установлена взаимосвязь между молекулярной структурой таких органических хромофоров и устойчивостью супрамолекулярных гибридных материалов на их основе. Особое значение с точки зрения разработки базовой стратегии сборки полифункциональных гибридных материалов на основе хромофоров с объемными макроциклическими фрагментами и неорганическими наночастицами будет иметь получение и исследование супрамолекулярных гибридов на основе структурированных МОК и квази-МОК фталоцианинатов с последующей оптимизацией их состава и условий супрамолекулярного синтеза. Сравнение физико-химических характеристик и структур супрамолекулярных гибридов, полученных с помощью эмульсионного метода синтеза, позволит выявить ключевые факторы, определяющие как механизмы интеграции ПОВМОК с планарными частицами различных типов, так и функциональные возможности этих систем. Главным итогом проекта станет изучение сорбционного, каталитического и фотокаталитического поведения полученных супрамолекулярных гибридов в водных средах и определение основных параметров, характеризующих их функциональную стабильность (устойчивость структуры при сорбции и каталитических превращениях, обратимость сорбции и возможность регенерации (фото)каталитических функций) и функциональную эффективность (скорости и выходы каталитических процессов, возможность переключения из моно- в мультимодальный режимы катализа и фотокатализа). На основании полученных данных будут сформулированы основные принципы структурно-функциональной стабилизации и управления функциональной активностью новых мультимодальных супрамолекулярных гибридных материалов, предназначенных для использования в водных средах в различных режимах, в том числе, для конструирования замкнутых технологических каталитических циклов.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---