Поддержана заявка на финансирование

Проект нашего коллектива "Комплексное исследование адсорбентов на основе наночастиц гексагонального нитрида бора для очистки сточных вод от лекарственных средств" был поддержан Российским научным фондом по результатам конкурса 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых»

В настоящее время разработка новых лекарств и их производство превратились в важнейшую отрасль отечественной науки и промышленности. При таком росте фармацевтической промышленности и широком применении лекарственных препаратов неизбежно их попадание в окружающую среду. В связи с этим, поиск эффективных методик и новых способов удаления антибиотиков из водных объектов является в настоящее время важной научной и практической задачей. Стремительное развитие нанотехнологий, в частности области низкоразмерных наноматериалов способно внести значительной вклад в развитие данной области и улучшение описанной ситуации. Адсорбирование молекул лекарственных препаратов на безопасный носитель является наиболее предпочтительными способами очистки, поскольку они предлагают возможность использования простых химико-физических процессов при очистке воды, воздуха, поверхностей от органических загрязнителей, что делает этот процесс экологически чистым и экономичным. Наноматериалы с высокой удельной поверхностью, являются идеальными платформами для разработки и получения недорогих и высокоэффективных биосенсоров, биофильтров и носителей антибактериальных агентов. К таким материалам относится гексагональный нитрид бора (h-BN). Этот материал обладает уникальным комплексом свойств: низкой удельной плотностью, высокой термической и химической стабильностью, жаростойкостью, биосовместимостью, хорошей адсорбционной способностью и широкой запрещенной зоной. Таким образом, наноструктурированный h-BN является идеальным кандидатом в качестве абсорбирующего материала. Однако, эффективность адсорбции на идеальную поверхность гексагонального нитрида бора затрудняется небольшим количеством активированных центров, что требует её модификации. Новизна проекта заключается проведении систематического экспериментально-теоретического исследования и построении общей модели сорбции/десорбции различных антибактериальных препаратов на поверхности модифицированных наночастиц нитрида бора. Основной задачей данного проекта является изучение процессов сорбции и десорбции различных типов антибиотиков применительно к наноструктурам h-BN как теоретическими, так и экспериментальными методами. Такой системный подход позволит глубоко изучить процесс сорбции/десорбции антибиотиков различного класса, дать описание типу связывания аналита с адсорбентом, определить характер сорбции и изучить ее зависимость от внешних условий. Будут изучены наночастицы на основе h-BN с различной модификацией поверхности – внесение дефектов, декорирование атомами и/или наночастицами металлов, внесение сторонних атомов в структуру и пр. В качестве аналитов будут выбраны антибиотики различных групп, включая макролиды (эритромицин), сульфаниламиды (сульфаметоксазол), диаминопиримидины (триметоприм), аминогликозиды (ципрофлоксацин), тетрациклины (тетрациклин) и β-лактамы (пенициллин). Такое комплексное исследование позволит в конечном итоге изготовить эффективные адсорбенты и мембраны на их основе для очистки сточных вод от загрязнений фармацевтическими препаратами.

Данный проект будет выполнять усилиями нашего коллектива в рамках лаборатории Неорганические наноматериалы, совместно с экспериментом лаборатории. Возглавляет проект к.ф.-м.н. Сорокина Любовь Юрьевна.

Поддержана заявка на финансирование

Проект нашего коллектива "Химически индуцированный фазовый переход в низкоразмерных структурах" был поддержан Российским научным фондом по результатам конкурса 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Контролируемое изменение структуры наноматериалов на атомном уровне является важнейшей задачей современного материаловедения. Влияние поверхности выражается в необходимости учёта размера наноструктур при описании их стабильности. Особенно отчётливо данная проблема проявляется при исследовании фазовой трансформации наноматериалов, когда их энергия начинает зависеть не только от внешних условий, но и от вклада поверхностных эффектов. Например, классическая фазовая диаграмма Банди углерода меняется при уменьшении толщины углеродной плёнки, давление фазового перехода графит-алмаз увеличивается, что отражает увеличение нестабильности алмаза при уменьшении его размера. При достижении атомарной толщины алмазные плёнки должны демонстрировать ряд крайне привлекательных физических свойств, однако их синтез требует принципиально иных подходов. Естественным для сегодняшней науки кажутся два пути синтеза наноматериала: способы «сверху-вниз» и «снизу-вверх». Способ «сверху-вниз», когда макроскопический материал разделяется до необходимой наноструктуры, не рассматривался, поскольку, вероятно, является невозможным получение алмазных плёнок нанометровой толщины путём разделения кристалла алмаза. Способ «снизу-вверх» (необходимая наноструктура синтезируется из наноструктур меньших размеров), кажется, для данного случая наиболее привлекательным, хотя и, безусловно, требует преодоления ряда нетривиальных научных проблем. Традиционный метод химического осаждения из газовой фазы неприменим для решения задачи получения алмазов атомарной толщины из-за высокой скорости роста алмазных слоёв и их неоднородности на атомном уровне. Поэтому в данной работе будет рассмотрен другой вариант получения алмазных плёнок, когда исходным материалом является не пар, а двухслойная графеновая плёнка. Образование алмазных пленок происходит путём контролируемой химической реакции двух графеновых листов со сторонними атомами – главным образом водородом или фтором. Такой способ будет опробован нами экспериментально, а теоретически мы детально изучим механизм трансформации графеновых слоёв не только в случае бислойного графена, но также и других структур на основе слабо связанных слоёв – двухслойных углеродных нанотрубок и родственных наноматериалов.

Данный проект будет выполнять усилиями нашего коллектива, а также нашими коллегами из Института проблем технологии микроэлектроники РАН и МГУ. Возглавляет проект д.ф.-м.н. Сорокин Павел Борисович.

Поддержана заявка на финансирование

Международный проект нашего коллектива "Ион-имплантированные двумерные материалы для одноцентрового катализа" был поддержан Российским фондом фундаментальных исследований в рамках международного конкурса 2020 года «ЭРА_т Конкурс инициативных научных проектов, проводимый РФФИ совместно с организациями-участниками программы "ERA.Net RUS plus"»

Разработка катализаторов для многих химических процессов ставило своей целью уменьшение размера частиц каталитически активных элементов. Нижней границей этой тенденции можно назвать фиксацию отдельных каталитически активных атомов на поверхности различных подложек. Такие одноцентровые катализаторы (ОЦК) можно рассматривать как предельный случай гетерогенных катализаторов, когда размер активных наночастиц металлов, традиционно используемых в гетерогенном катализе, уменьшается до размера одного атома. Исследование ОЦК является одной из самых инновационных и быстро развивающихся областей материаловедения. Несмотря на определенный достигнутый прогресс, дальнейшему развитию области препятствуют недостатки существующих химических методов, традиционно используемых для производства соответствующих материалов, например агломерация атомов и частиц на поверхности, а также их проникновение в объем материала подложки. В то же время, последние успехи в области синтеза различных наноструктур с высоким отношением поверхности к объему, которые являются идеальными подложками для ОАК, а также успехи в контролируемой низкоэнергетической ионной имплантации (ИИ), открывают уникальные новые возможности в области катализа для дальнейшей разработки и получения недорогих и высокоэффективных гибридных нанокатализаторов. К одним из наиболее современных наноструктурных материалов с высокой удельной поверхностью относят h-BN и g-CN. Разработка высокоэффективных ОЦК на их основе с применением переходных металлов открывает широкие возможности по изучению и развитию одного из наиболее инновационных направлений на стыке материаловедения и катализа в последние годы - одноцентрового катализа на наноструктурах. В рамках данного проекта с применением междисциплинарного подхода, подразумевающего использование передовых физических и химических методов, а также современного теоретического моделирования, предлагается разработка и всестороннее изучение новых ОЦК. Для этого будет проведен синтез двумерных наноструктур h-BN и g-CN, разработаны способы их функционализации путем гидрирования, хлорирования, фторирования, а также контроля дефектной структуры с целью управления сорбционными характеристиками подложек. Будут определены наиболее эффективные схемы синтеза ОЦК на основе модифицированных h-BN и g-CN и проведена всесторонняя оценка их каталитических характеристик в реакциях имеющих большое фундаментальное и практическое значение: окисление монооксида углерода и риформинг метана. Методами теоретического моделирования будут изучены особенности электронного строения ОЦК, их адсорбционные свойства, а также энергетические барьеры в исследуемых химических реакциях.

Основными результатами проекта будет разработка технологий получения новых видов наноматериалов, совершенствование процесса низкоэнергетической ИИ, фундаментальное понимание взаимосвязи атомной и электронной структур материала и его каталитических свойств, теоретическое моделирование и экспериментальный поиск наиболее эффективных металлов и методов их активации для конкретных каталитических реакций.

Данный проект будет выполняться усилиями нашего коллектива, а также нашими коллегами из НИТУ МИСиС (лаборатория Неорганические наноматериалы). Возглавляет проект д.ф.-м.н. Сорокин Павел Борисович. Со стороны Германии проект возглавляет проф. Стефан Факско (Центр Гельмгольца Дрезден-Россендорф, Дрезден), со стороны Греции - проф. Константинос Триантафиллидис (Университет Аристотеля в Салониках, Салоники)

ghbjmbnmnb