Структура и свойства функциональных наносистем на основе ультрамалых частиц металлов

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 21-73-20144

НазваниеСтруктура и свойства функциональных наносистем на основе ультрамалых частиц металлов

Руководитель Сергеев Владимир Глебович, Доктор химических наук

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

Конкурс №51 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

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

Ключевые слова наночастицы металла, углеродные квантовые точки, просвечивающая электронная микроскопия, структура, катализ, сенсоры

Код ГРНТИ31.15.37

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В рамках данного проекта предполагается синтезировать широкий круг систем на основе наноразмерных углеродсодержащих частиц, допированных различными гетероатомами, (углеродных квантовых точек) и ультрамалых наночастиц металлов (золото, серебро, медь и др.) и детально исследовать их структуру на атомарном уровне с применением современных методов просвечивающей электронной микроскопии (сканирующая просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения в электронах, рассеянных на большие углы, HAADF-STEM; сканирующая просвечивающая электронная микроскопия с дифференциальным фазовым контрастом; спектроскопия энергетических потерь электронов; энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия). Сочетание перечисленных методов позволит получить уникальные данные о строении сложных наноструктурированных систем на атомарном уровне и связать их структуру с функциональными свойствами (оптическими, сенсорными, каталитическими). В конечном итоге это позволит осуществлять прогнозируемый синтез наносистем, включающих ультрамалые частицы металлов, с управляемыми свойствами и использовать их для создания новых материалов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ванг М., Цукамото М., Сергеев В.Г., Зинченко А. Metal Ions Sensing by Biodots Prepared from DNA, RNA, and Nucleotides Biosensors, 2021, 11(9), 333 (год публикации - 2021)
10.3390/bios11090333

2. Лифшиц С.О., Заборова О.В. Синтез медьсодержащих наночастиц в липосомах на основе диолеоилфосфохолина Материалы Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2021», Ломоносов-2021, секция "Химия", подсекция "Дисперсные системы и поверхностные явления", стр. 257 (год публикации - 2021)

3. Лившиц С.О., Заборова О.В., Сергеев В.Г. Synthesis of copper nanoparticles in liposomes Book of Abstracts XII International Conference on Chemistry for Young Scientists «Mendeleev 2021», St. Petersburg University, 2021. — P. 434–434 (год публикации - 2021)

4. Карпушкин Е.А., Каракчиева А.О., Кирсанова М.А., Заборова О.В., Сергеев В.Г. Formation of Gold Nanoparticles in the Presence of Carbon Nanoparticles Russian Journal of General Chemistry, Vol. 91, No. 12, pp. 1–8 (год публикации - 2021)
10.1134/S1070363221120173

5. Ванг М., Цукамото М., Сергеев В.Г., Зинченко А. Fluorescent Nanoparticles Synthesized from DNA, RNA, and Nucleotides Nanomaterials, 11(9), 2265 (год публикации - 2021)
10.3390/nano11092265

6. Карпушкин Е.А., Меснянкина Е.А., Тагирова М.Р., Заборова О.В., Сергеев В.Г. How to Enhance Sensitivity of Carbonaceous Ultrafine Particles to Metal Ions Russian Journal of General Chemistry, том 92, № 10, с. 2042-2046 (год публикации - 2022)
10.1134/S1070363222100188

7. Каракчиева А.О., Карпушкин Е.А., Сергеев В.Г. Получение наночастиц золота в присутствии углеродных наночастиц Материалы Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2022», Ломоносов-2022, секция "Химия", подсекция "Дисперсные системы и поверхностные явления", стр. 209 (год публикации - 2022)

8. Лифшиц С.О., Заборова О.В. Получение наночастиц меди восстановлением сульфата меди(II) гидразином в липосомах Материалы Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2022», Ломоносов-2022, секция "Химия", подсекция "Дисперсные системы и поверхностные явления", стр. 214 (год публикации - 2022)

9. Заборова О.В., Лившиц С.О., Кирсанова М.А., Сергеев В.Г. Liposomes as nanoreactors for copper nanoparticles synthesis Mendeleev Communications (год публикации - 2023)

10. Иванова Н.К., Карпушкин Е.А., Лопатина Л.И., Сергеев В.Г. DNA as a template for synthesis of fluorescent gold nanoclusters Mendeleev Communications (год публикации - 2023)

11. Е.А. Карпушкин, Е.А. Меснянкина, В.Г. Сергеев Gold Nanoclusters Prepared in the Presence of Adenosine Monophosphate and Citrate: Factorial-Based Synthesis Optimization and Sensing Properties Analytica, Vol. 4, I 4, pp. 415-431 (год публикации - 2023)
10.3390/analytica4040030

12. Меснянкина Е.А., Карпушкин Е.А., Заборова О.В. Влияние фракционирования наночастиц на основе лимонной кислоты и мочевины на их чувствительность к ртути(II) Тезисы докладов ХХVI Всероссийской конференции молодых учёных-химиков (с международным участием), ХХVI Всероссийская конференция молодых учёных-химиков (с международным участием), стр. 300 (год публикации - 2023)

13. Губанов А.С, Карпушкин Е.А. Образование нанокластеров и наночастиц золота в присутствии аденозинмонофосфата и азида натрия Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных Ломоносов-2024, секция Химия. — Москва: Издательство Перо, 2024., Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных Ломоносов-2024, секция Химия. — Москва: Издательство Перо, 2024. — С. 226. (год публикации - 2024)

14. Верина Д.С., Заборова О.В Влияние восстановителя на синтез наночастиц серебра в липосомах Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных Ломоносов-2024, секция Химия. — Москва: Издательство Перо, 2024., Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных Ломоносов-2024, секция Химия. — Москва: Издательство Перо, 2024. — С. 223 (год публикации - 2024)

15. Карпушкин Е.А., Губанов А.С., Сергеев В.Г. Gold "pH-Controlled Nanoclusters with Tunable Fluorescence Prepared via Reduction with Ascorbic Actd in the Presence of Adenosine-5'-Manaphosphatet Reviews and Advances in Chemistry (год публикации - 2024)
10.1134/S2634827624600385

16. Карпушкин Е.А., Иванова Н.К., Меснянкина Е.А., Сергеев В.Г. Synthesis of fluorescent gold nanoclusters in the presence of adenosine monophosphate: effect of azide ions Mendeleev Communications, т. 34, №1, с. 78-80 (год публикации - 2024)
10.1016/j.mencom.2024.01.023

17. Карпушкин Е.А., Харочкина Е.С., Лопатина Л.И., Сергеев В.Г. Углеродные наноточки: получение, свойства, применение (обзор) Журнал общей химии, т. 94, № 1, с. 136–164 (год публикации - 2024)
10.31857/S0044460X24010122

18. Губанов А.С., Карпушкин Е.А., Сергеев В.Г. Синтез нанокластеров золота в присутствии нуклеотидов и аскорбиновой кислоты СБОРНИК ТЕЗИСОВ Х Международный симпозиум “Дизайн и синтез супрамолекулярных архитектур” посвященный 90 – летнему юбилею академика РАН Александра Ивановича Коновалова. — Казань, Россия: 2024. — С. 80., СБОРНИК ТЕЗИСОВ Х Международный симпозиум “Дизайн и синтез супрамолекулярных архитектур” посвященный 90 – летнему юбилею академика РАН Александра Ивановича Коновалова. — Казань, Россия: 2024. — С. 80. (год публикации - 2024)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Показано, что основными факторами, определяющими устойчивость дисперсных систем, образующихся при взаимодействии углеродистых наночастиц (УНЧ) с HAuCl4, являются pH и соотношение HAuCl4/УНЧ, а абсолютная концентрация как HAuCl4, так и УНЧ не влияет на закономерности процесса и свойства продукта. Определены границы pH и соотношения HAuCl4/УНЧ образования устойчивых дисперсий наночастиц золота. Сформулирован механизм образования наночастиц золота различной морфологии при восстановлении HAuCl4 под действием УНЧ. Продемонстрировано, что введение конкурирующих лигандов в реакционную смесь при синтезе нанокластеров золота в присутствии аденозинмонофосфата может привести к снижению выхода флуоресцирующих нанокластеров (вплоть до полного подавления образования), изменению квантового выхода их флуоресценции (как снижению, так и увеличению), изменению длины волны эмиссии флуоресцирующих нанокластеров, либо росту нанокластеров с образованием плазмонных наночастиц. Сформулирован механизм, объясняющий действие конкурирующих лигандов. Показано определяющее влияние стабилизирующих лигандов на флуоресцентные свойства нанокластеров золота. Показано, что введение AgNO3 при восстановлении Au(III) в смесях УНЧ–HAuCl4 ускоряет процесс и приводит к образованию наночастиц преимущественно изометричной формы. Предложен механизм, объясняющий ускоряющее действие AgNO3 и образование биметаллических частиц в изученных системах. Развит разработанный на прошлом этапе подход для одновременной визуализации углеродистых (липосомы, макромолекулы ДНК) и металлических (серебро, золото, медь) наночастиц. Уточнены концентрация контрастирующего агента (уранилацетата) – 1,5% масс.; и время выдержки образца в контрастирующем агенте – 45 секунд. Отработан метод получения биметаллических наночастиц медь/золото в липосомах, используя наночастицы меди в липосомах в качестве восстанавливающего агента. Получены биметаллические наночастицы содержащие разные соотношения золото/медь. Отработан метод получения наночастиц серебра(0) в липосомах При этом удалось получить наночастицы серебра в липосомах со средним размером 5 нм и узким распределением по размерам. Образование наночастиц серебра(0) было доказано с помощью электронного спектра поглощения (наличие пика поглощения при 420 нм), а также картированием образцов с помощью EDX. Определено, что на каталитическую активность наночастиц золота влияют три фактора: размер наночастиц, их геометрическая форма и наличие слоя на поверхности катализатора, затрудняющего адсорбцию п-нитрофенола. Увеличение размера и наличие липидного бислоя на поверхности наночастиц золота приводят к уменьшению каталитической активности наночастиц.

Публикации