Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году


ФХ-2021


Синтез и исследование газочувствительных наноструктур системы Zn–Sn–O

Аннотация: Наностержни оксида цинка синтезированы гидротермальным методом. Проведена обработка полученных образцов в водно-спиртовом растворе станната калия и мочевины при 170°С в течение 30 и 60 минут. В результате получены наноструктуры Zn–Sn–O. Химический состав поверхности образцов ZnO и Zn–Sn–O исследован с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Проанализирована их чувствительность к парам изопропилового спирта (1000 мд) при температурах 120°С, 180°С, 250 °С. Показано перераспределение электронной плотности при формировании композитных наноструктур Zn–Sn–O, проявляющееся в химическом сдвиге пиков O1s и Zn2p. Это свидетельствует о перестроении химических связей при замещении атомов цинка оловом. Обнаружено, что чувствительность композитных структур к парам изопропилового спирта значительно превышает чувствительность ZnO во всем исследуемом температурном диапазоне. Улучшение газочувствительных свойств связано с наличием в образцах системы Zn–Sn–O поверхностных центров различного типа, принимающих участие в адсорбции и окислении изопропилового спирта.

Кинетика гидрохимического фторирования кремнийсодержащих отходов титаномагнетитовых руд

Аннотация: Предложен способ получения высокодисперсного аморфного кремнезема из отходов обогащения низкотитанистых ванадий содержащих титаномагнетитов АО «ЕВРАЗ Качканарский ГОК» – хвостов мокрой магнитной сепарации. Применение раствора гидрофторида аммония (NH4HF2) позволяет практически селективно извлечь кремний в раствор в виде гексафторосиликата аммония. Степень извлечения кремния раствором 1,0–2,5мас.% NH4HF2 за 6 часов составляет 46%. Диффузионный процесс выщелачивания кремния из ХММС описывается кинетическим уравнением 1–(1–α)1/3=0,0043·exp(–5230/RT)·τ. Аморфный кремнезем SiO2 , полученный золь-гель методом из фторидного кремнийсодержащего раствора, имеет высокоразвитую поверхность Sred=320 м2/г, рассчитанный из средней плотности «белой сажи» размер частиц составляет dmed=10 нм. Увеличение концентрации NH4HF2 до 20 мас.% приводит к повышению растворимости кремния, а также других компонентов хвостов мокрой магнитной сепарации, которые являются нежелательными примесями в конечном продукте SiO2. В целом показана перспективность гидрохимического выщелачивания кремнийсодержащих промышленных отходов – хвостов мокрой магнитной сепарации слабыми растворами гидрофторида аммония для синтеза чистого аморфного SiO2.

Полимеризация при взаимодействии α-галоидакриловых кислот с третичными аминами

Аннотация: Приведены результаты самопроизвольной полимеризации α-хлоракриловой и α -бромакриловой кислот с третичными аминами при невысокой температуре. В результате самопроизвольной полимеризации при взаимодействии α -галоидакриловых кислот с третичными аминами образуются полимеры, содержащие четвертичные аммониевые группы. С целью подтверждения данного предположения были проведены ЯМР- и ИК-спектроскопические исследования продуктов самопроизвольной полимеризации. Показано, что сопутствующая реакция кватернизации, спонтанной полимеризации, имеет место как в смеси реагентов, так и в присутствии растворителя, т.е. и при смешении непредельного амина и галоидного алкила. Изучены кинетические закономерности реакции полимеризации и показано, что реакция кватернизации, являющаяся лимитирующей стадией процесса самопроизвольной полимеризации, протекает по SN2–механизму. Описываются первые попытки получения новых нанокомпозиционных материалов на основе синтезированных сополимеров и модифицированного монтмориллонита. Анализ литературных данных показывает, что особенности получения нанокомпозитов на основе Na+ –монтмориллонита и водорастворимых сополимеров ранее не изучались.

Синтез и физико-химическое исследование металлокомплекса церия и цефазолина

Аннотация: В данной работе коллективом авторов путём взаимодействия водных растворов хлорида трёхвалентного церия и натриевой соли цефазолина получено и выделено в твердом виде металлокомплексное соединение. Его элементный состав установлен с помощью метода рентгеноспектрального электронно-зондового анализа, описаны термические характеристики данного соединения, температура его разложения, состав и способ координации внутренней сферы данного металлокомплекса был уточнен методами термогравиметрии, и дифференциальной сканирующей калориметрии и методом ИК-спектроскопии. На основании полученных данных установлено, что внутренняя сфера металллокомплекса содержит в своем составе три молекулы цефазолина и три молекулы внутрисферной воды. Состав внутренней сферы отвечает брутто-формуле  [CeCzl3(H2O)3]. На основании данных ИК-спектроскопии сделаны выводы о координации цефазолина к центральному иону через амидную и карбоксильную группы.

Модифицирование кальцийфосфатной пенокерамики биоапатитом в среде SBF

Аннотация: Получена многофазная кальцийфосфатная пенокерамика, представленная β -трикальцийфосфатом (65%) и β -пирофосфатом кальция ( 25 %), включающая гидроксиапатит (5 %) и α -трикальцийфосфат (5 %), пористостью 60 – 64 % со сквозной архитектурой пенополиуретана. Нанесение слоя гидроксиапатита приводило к увеличению содержания гидроксиапатита до 25 %,  α-трикальцийфосфата до 40 %, и повышению статической прочности до 0,03 МПа при снижении пористости до 49 %. Нанесение второго слоя гидроксиапатита способствовало повышению содержания гидроксиапатита до 40 %, статическая прочность достигала 0,05 МПа при пористости 40 %. Формирование биоапатита в виде слоя «пеносфер» размером от 2 до 10 мкм происходило в процессе модифицирования всех видов пенокерамики в растворе SBF в течение 21 – 28 суток. Модифицированная кальцийфосфатная пенокерамика, обогащенная α -трикальцийфосфатом и гидроксиапатитом, характеризовалась максимальной статической прочностью 0,08 МПа при пористости 38%.

Формирование апатитов на электроосажденных кальцийфосфатах в системах Ca(NO3)2 / NH4H2PO4 и CаCO3 / Ca(H2PO4)2

Аннотация: Методом электрохимического осаждения на титановых пластинах при комнатной температуре в двухэлектродной ячейке при постоянной плотности тока 30 мА/см2 и времени осаждения 10 мин получены кальцийфосфатные покрытия: брушитные в системе Ca(NO3)2/NH4H2POпри pH = 4  и композитные (брушит/кальцит/апатит) в системе CaCO3/Ca(H2PO4)при pH = 5. Выдерживанием кальцийфосфатных покрытий обоих типов в модельном растворе SBF в течение 1 месяца определяли апатитообразующую способность (биоактивность). Новообразованный аморфизированный апатитовый слой после термообработки при 800°С кристаллизовался в β –трикальцийфосфат/гидроксиапатит на брушитных покрытиях и в гидроксиапатит на композитных покрытиях за счет присутствия кальцита, карбонат-ионы которого являются инициаторами образования гидроксиапатита, а также апатитных наночастиц в исходном покрытии. Полученные кальцийфосфатные покрытия перспективны в качестве биопокрытий повышающих остеоинтеграцию металлических имплантатов.

Мультипараметрическое распознавание паров органических веществ с помощью сенсора газа на основе наноструктурированной пленки диоксида олова

Аннотация: Исследовано влияние паров органических веществ (изопропанола, этанола и ацетона) различной концентрации на отклик сенсоров газа на основе наноструктурированных пленок диоксида олова, синтезированных золь-гель методом. Экспериментально установлено, что напуск газовых проб, содержащих пары органических веществ, приводит к увеличению проводимости наноструктурированных пленок диоксида олова. В области высоких концентраций (более 50% от насыщенного пара) концентрационная зависимость проводимости имеет тенденцию к насыщению. Показана возможность распознавания сорта примесного газа с помощью статистической обработки отклика только одного сенсора при различных концентрациях анализируемой пробы. Определено положение поверхностного донорного уровня примесного газа относительно акцепторного уровня кислорода и теплота десорбции частиц исследуемых газов. Предложен новый метод мультипараметрического распознавания газовых смесей, основанный на использование в качестве признаков классификации физико-химических параметров анализируемых газов, не зависящих от их концентрации.Установлено, что предложенный метод мультипараметрического распознавания газовых смесей имеет более высокую надежность по сравнению со стандартными методами, основанными на анализе отклика сенсоров газа.

Взаимодействие нанокластерного железосодержащего полиоксометаллата с доксорубицином

Аннотация: Актуальной проблемой в области адресной доставки лекарственных веществ являются аспекты, относящиеся к транспорту высокотоксичных препаратов, обладающих нежелательными побочными эффектами, в частности противоопухолевых. Были рассчитаны термодинамические параметры комплексообразования нанокластерного полиоксометаллата {Mo72Fe30}, перспективного в качестве средства адресной доставки лекарств, и широко применяемого в клинической практике цитостатика–доксорубицина. Взаимодействие доксорубицина {Mo72Fe30} сопровождалось экзотермическим эффектом, что говорит об энергетически выгодном образовании комплекса. Кинетика процесса высвобождения доксорубицина из комплекса в буферном растворе с pH , соответствующим значению pH крови, была изучена методом люминесцентной спектроскопии. Были определены константы скорости процессов деструкции {Mo72Fe30} в комплексе, сопровождающейся высвобождением доксорубицина, и дальнейшего комплексообразования высвободившегося доксорубицина с продуктами распада {Mo72Fe30}. В будущем возможно управление скоростью высвобождения доксорубицина путем дополнительной стабилизации {Mo72Fe30} , например, путем его ассоциации с альбумином.

Синтез и свойства Sr-содержащего трикальцийфосфата

Аннотация: Sr -замещенный трикальцийфосфат был получен методом осаждения из водных растворов. Синтетические твердые фазы исследовали с помощью рентгеннофазового анализа, ИК-Фурье спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионного анализа. Надосадочная жидкость была исследована на наличие ионов Ca2+ и PO43- для вычисления Са/Р соотношения. Выявлено, что ионы стронция входят в состав трикальцийфосфата, однако не изменяют его фазовый состав. Добавление ионов стронция в исходный раствор способствует уменьшению размеров кристаллитов и увеличению их пористости. Данные по энергодисперсионному анализу подтвердили, что ионы стронция входят в состав образцов ТКФ. Но при увеличении их концентрации, полного замещения ионов кальция на ионы стронция в структуре ТКФ не происходит. При изучении биорезорбируемости полученных образцов с помощью прямой потенциометрии установлено, что образцы, содержащие ионы стронция в своем составе, имеют меньшее значение скорости резорбции. При этом, наибольшие значения скорости растворения фиксируются в кислых средах.

Осаждение гибридных нанокомпозитов гидроксиапатит / аутофибрин в слабощелочной среде

Аннотация: Синтезированы гибридные нанокомпозиты на основе гидроксиапатита и аутофибрина в форме фибринового сгустка либо цитратной плазмы путем осаждения при pH 9. «Мягкие» условия осаждения и быстрое выделение нанокомпозитов способствовали сохранению биополимерной матрицы аутофибрина. Дестабилизация дополнительной фазы аморфного фосфата кальция с образованием стехиометрического гидроксиапатита обусловлена влиянием макромолекул фибрина. Формирование кальцийдефицитного гидроксиапатита с x≈0,1 и Ca/P 1,65 происходило в среде цитратной плазмы, который после 800°С превращался в смесь гидроксиапатит / β трикальцийфосфат. Синтез композитов на основе биомиметического апатита осуществляли при добавлении 30 об.% модельного раствора Simulated Body Fluid (SBF). Влияние ионов Mg2+, CO32-, входящих в состав SBF, способствовало стабилизации аморфного фосфата кальция и образованию карбонатзамещенного гидроксиапатита, устойчивого к термическим превращениям до 800°С. Совокупное влияние аутофибрина и ионов введенного SBF позволило управлять составом минеральной составляющей гибридных нанокомпозитов без разрушения биополимерной матрицы.