ИСТИНА

Спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) – уникальный ультрачувствительный метод анализа следовых количеств веществ, основанный на использовании искусственно созданных наноструктур благородных металлов, что обеспечивает широкую применимость данного подхода в различных областях. В проекте предполагается разработка оригинальных методов синтеза новых типов нанокомпозитов с возможностью предконцентрирования аналитов, высокой стабильностью и площадью рабочей поверхности для резкого увеличения чувствительности и точности неразрушающего анализа в жидких и газообразных средах с использованием спектроскопии ГКР. Основной идеей проекта является независимый контроль оптических свойств наноструктур, которые определяли бы возможность возникновения ГКР, и микрочастиц – носителей, предопределяющих дополнительные требуемые свойства, например, контролируемую пористость или наличие функциональных групп. Для обеспечения практической применимости подобных материалов будут разработаны различные подходы – смещение и расширение полосы плазмонного резонанса за счёт формирования анизотропных наночастиц на поверхности диоксида кремния или модифицированного оксида графена, комбинация ГКР активности нанокомпозита и использование хромотографических подходов, позволяющих концентрировать и пространственно разделять смеси аналитов. В качестве синтетических приемов планируется создание хемотропных гелей на основе графеновых строительных блоков, формирование мезопористых структур при использовании темплатных методов синтеза. В проекте будут установлены фундаментальные зависимости между условиями получения нанокомпозитов, их структуорй и функциональными свойствами, предложены подходы по практическому применению разработанных материалов.

В ходе проекта предполагается получение материалов на основе графена, декорированных наночастицами серебра с контролируемыми размерами (в том числе, малыми размерами наночастиц серебра 10-15 нм) с значениями удельной площади поверхности не менее 100 м2/г, также исследование зависимости размеров и формы наночастиц серебра от условий синтеза: концентраций исходных реагентов и температуры синтеза. Более того, предполагается изучение влияния гелеобразующего вещества, концентраций реагентов, природы гелеобразования, параметров сушки, материала подложки на структуру, размер пор и морфологию наноструктур. Предполагается исследование влияния состава и метода получения подложки на поведение (распространение) аналитов (в т.ч. красителей) в каркасной матрице наноструктуры. Предполагается использование наноструктур в качестве ГКР-активного материала для анализа модельных объектов и их смесей методом ГКР в концентрациях менее 10-6М. Планируется изучение влияния морфологии наноструктур на процесс предконцентрирования аналитов из жидкой (водной и лиофобной) и газовой фаз. Материалы на основе диоксида кремния предполагается получить с пористостью не менее 800 м2/г, содержанием ГКР активных частиц не менее Ag:Si = 1:7 согласно данным РСМА. Планируется осуществить рост анизотропных частиц на непосредственно на поверхности диоксида кремния, что будет показано впервые. Ожидается, что затравочный слой на поверхности диоксида кремния будет содержать частицы размера порядка 5 – 10 нм для частиц, полученных восстановлением боргидридом натрия нитрата серебра, в то время как размер затравочных частиц, полученных инкубацией в аммиачном комплексе серебра, составит 2-5 нм. Оптимизация условий синтеза, а именно соотношение концентраций нитрата серебра и аскорбиновой кислоты, позволит получить анизотропные наночастицы с наиболее широкой полосой плазмонного резонанса. Поглощение подобных материалов будет находится в области 300 – 600 нм. Чувствительность подобных индикаторных систем ожидается порядка 10-5 М в газовой фазе и 10-10 М в жидкой фазе для модельного объекта родамина 6G с последующим расширением круга анализируемых веществ, в том числе - фенолов, полиароматических углеводородов, гетероциклических соединений, важных для экологического мониторинга, а также порфирин – содержащих белков и биологически активных молекул.

По данному направлению коллективом был проведен ряд экспериментов и исследований, а именно: Получены нанокомпозиты «оксид графена – наночастицы серебра» в мягких условиях, получены наночастицы серебра разного размера, равномерно распределенные по поверхности оксида графена. Однако анализ методом ГКР-спектроскопии с использованием непосредственно нанокомпозита в качестве ГКР-активного вещества подложки затруднен, так как в спектре наблюдаются интенсивные и широкие полосы, соответствующие D и G-модам самого оксида графена, которые перекрываются с сигналами от аналита. Разработан двухстадийный синтез мезопористого диоксида кремния, модифицированного аминогруппами. На первой стадии проводился гидролиз тетраэтилэтоксисилана в присутствие этилового спирта, ЦТАБа и аммиака. ЦТАБ позволил сформировать гексагональную систему пор. Темплат удалялся из образца термически. Площадь поверхности подобных материалов составила 1200м2/г. Вторая стадия представляла собой гидролиз аминопропилтриэтоксисилана в присутствии мезопористого диоксида кремния. Согласно данным РФЭС, соотношение Si:N на поверхности диоксида кремния составило 10:1. Были опробованы различные подходы формирования анизотропных наночастиц на поверхности модифицированного диоксида кремния. Нами было впервые показано, что на поверхности диоксида кремния в присутствие ПВП и цитрата натрия на затравочном слое наночастиц возможно формирование наночастиц серебра, имеющих неравномерные латеральные размеры. Полученные материалы, согласно данным спектроскопии видимой области, обладают несколькими модами плазмонного резонанса, что соответствует формированию анизотропных наночастиц серебра. Разработанная индикаторная система позволяет детектировать содержание пиридина в газовой фазе соответствующей 0,1% по объёму. Показано, что для концентраций от 7,5% до 0,1% интенсивность сигнала ГКР от пиридина уменьшается с уменьшением концентрации. Имеющаяся индикаторная система может быть разработана для количественного анализа.