Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Разработка фотоуправляемых полимерно-электролитных систем для хемотронных сенсоров становится важной на фоне растущей потребности в высокочувствительных и эффективных сенсорных технологиях. Проект фокусируется на исследовании физико-химических характеристик нового класса гибридных материалов, которые реагируют на изменения внешней среды. В этом контексте важно не только создание новых материалов/систем и методов эффективного взаимодействия с полиэлектролитами, но и разработка различных подходов, включая обработку информации на химическом уровне, анализа данных и управления свойствами через дизайн структуры или путем воздействия внешними стимулами. Знания в данной области играют ключевую роль в управлении нелинейным откликом сформированных гетероструктур и могут привести к созданию более совершенных сенсоров и новым технологиям. В 2024 году разработаны следующие направления: Был предложен подход использования искусственного интеллекта (ИИ) для прогнозирования фотокаталитических свойства графитового нитрида углерода (g-C3N4) в зависимости от параметров его синтеза с целью повышения эффективности фотокаталитического производства водорода. Создана база данных, включающая условия синтеза и физико-химические свойства g-C3N4, была оптимизирована для моделей машинного обучения с коэффициентом детерминации R2 выше 0,9. Разработано веб-приложение с открытым кодом на GitHub (https://github.com/ShockOfWave/photocatalysis), позволяющее прогнозировать выход водорода на основе параметров синтеза. Подход выявляет корреляцию между параметрами и свойствами вещества, минимизируя количество экспериментов и повышая точность результатов. Статья опубликована в журнале Q1 ( https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.07.245). Разработана система на основе полимерно-электролитного гидрогеля и сплава галлия-индия (eGaIn) для идентификации и прогнозирования концентрации бактерий, таких как E.coli, в диапазоне 10²–10⁹ КОЕ/мл со средней точностью 97% через многослойную модель перцептрона. Данная электрохимическая платформа позволяет высокочувствительно измерять электрохимическое поведение гидрогеля с бактериями, выявляя сигналы, указывающие на их количество. Установлено, что полиэлектролиты создают оптимальные условия для жизнедеятельности микроорганизмов и повышают чувствительность сенсоров за счет увеличения площади контакта. Статья опубликована в журнале Q1 ( https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.116377). Разработан метод термохимического получения g-C3N4 из супрамолекулярной сборки меламин-барбитурата (МБ) в качестве прекурсора при температуре 350 °C за 1 час в инертной среде. Рентгеновская дифракция подтвердила образование триазиновой структуры g-C3N4. Фотокаталитическая активность была оценена на реакциях деградации красителей, где образец продемонстрировал 54% разложения метиленового голубого и Родамина Б 40% под УФ-излучением в течение 1,5 часа. Новый метод синтеза предлагает эффективный подход к производству g-C3N4 с потенциалом для применения в фотокатализе и других областях. Статья подготовлена к отправке в журнал Q1. Установлена зависимость фототока от потенциала и облучения на фотоэлектроде g-C3N4, синтезированном тонким слоем на подложке FTO при 350 °C из смеси меламина барбитурата и мочевины в соотношениях 1:3, 1:1 и 3:1. Рентгеновская дифракция подтвердила образование кристаллической структуры g-C3N4. Для образцов с соотношениями 1:3 и 1:1 фототок оставался анодным при УФ-облучении (365 нм) и увеличивался с переходом к отрицательному потенциалу. В образце 3:1 наблюдалось переключение фототока с анодного на катодный в зависимости от приложенного потенциала при облучении, в частности изменение происходило при потенциале в диапазоне от 0,3 до -0, 3 В относительно электрода сравнения Ag/AgCl. Результаты демонстрируют возможность управления фотоактивностью g-C3N4 для создания переключателей и датчиков. Статья подготовлена к отправке в журнал Q1. Реализован подход химических микрореакторов и вычислительных устройств на основе химической реакции между меламином (M) и циануровой кислотой (ЦК) в ограниченном объеме. Реакция с образованием кристаллов цианурата меламина происходит в упорядоченных кластерах капель воды, которые левитируют над нагретой поверхностью. Этот метод может быть использован для дропл-логики, открывая возможности для создания адаптивных систем и интеллектуальных материалов. Такие материалы могут изменять свои свойства в зависимости от внешних условий, улучшая эффективность обработки информации. Статья опубликована в журнале Q1 (https://doi.org/10.1039/D4SC03066D). Разработан подход к получению трехмолекулярных сборок многослойной структур из производных меламин (М) и циануровой кислоты (ЦК) в водной среде. Синтезированы две структуры с использованием гексинил-циануровой кислоты и М или N-метилмеламина (ММ). Изменение молекулярных строительных блоков, происходящих из метиловых заместителей в меламине, повлияло на окончательные структуры, что было подтверждено методами просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), рентгеноструктурного анализа (РСА), также методом молекулярной динамики. Установлено, что высокоупорядоченные структуры могут быть созданы из простых строительных элементов, что открывает новые возможности в разработке адаптивных материалов. Статья опубликована в журнале Q1 (https://doi.org/10.1039/D4CC02817A). Разработано искусственное зрение (КЗ) для автономной лаборатории, целью которой является синтез и исследование новых гибридных материалов. Использован кобот ABB YuMi для получения мембран из оксида графена и полиэтиленимина, при этом КЗ определяет положение ротора центрифуги. Система компьютерного зрения идентифицирует маркировки для установки пробирок, а нейронная сеть обучается в RobotStudio Integrated Vision. Это важный шаг в автоматизации химических процессов, например получения g-C3N4, позволяющий контролировать и оптимизировать синтез с высокой повторяемостью. Статья опубликована в журнале (https://doi.org/10.1016/j.mencom.2024.10.001).