|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Гибридные материалы на основе порфиринов для обнаружения паров нитроароматических соединенийдипломная работа (Бакалавр)
- Научные руководители: Дроздов А.А., Белоусов Ю.А.
- Автор: Кузнецов Сергей Сергеевич
- Тип: Бакалавр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2014
- Аннотация: В настоящее время терроризм является серьезной проблемой, и для обеспечения безопасности в потенциальных мишенях терактов (например, в аэропортах или метро) используются хромато-масс-спектрометры, обнаруживающие пары взрывчатых веществ в воздухе. Такие приборы, однако, обладают крайне высокой стоимостью, большими размерами и высоким энергопотреблением. Недорогой и компактной альтернативой таким приборам могут стать люминесцентные сенсорные системы. В 2006 году группой Tao, Li, Zhu было показано тушение люминесценции тетрафенилпорфина (H2TPP) – соединения из класса порфиринов – в присутствии таких нитроароматических соединений, как нитробензол, динитротолуол, тринитротолуол. Ранее мы исследовали тушение люминесценции в растворе тетрафенилпорфина и его комплексов с цинком и кадмием в зависимости от концентраций добавленных в раствор нитроароматических соединений, и впервые показали селективность такого определения. Следующей целью стало создание материалов на основе порфиринов, демонстрирующих сенсорный отклик в присутствии паров нитроароматических соединений. В качестве носителя был выбран оксид кремния, т.к. он обладает рядом достоинств: нерастворим в воде и растворителях, не имеет собственного поглощения в УФ-области, 21 для него хорошо известны методики иммобилизации, возможно получение носителя с развитой поверхностью или упорядоченной мезопористой структурой. На первом этапе получали тетрафенилпорфин (H2TPP), тетра(пара-гидроксифенил)порфин (H2ThPP) и тетра(пара-карбоксифенил)порфин (H2TcPP) по реакции Ротемунда, затем получали тетрафенилпорфинаты цинка (ZnTPP) и кадмия (CdTPP), из ацетилацетонатов соответствующих металлов. Структуру подтвердили методами спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронной спектроскопии поглощения (ЭСП). Для ZnTPP и CdTPP число полос в спектре поглощения в видимой области уменьшается до двух (для H2TPP их четыре), что соответствует литературным данным. Для получения гибридных материалов (схематично изображенных на рис. 1а и 1б) мы сначала пользовались золь-гель методом: к H2ThPP присоединяли легко гидролизуемые кремнийсодержащие “якорные” группы, проводя реакцию между ним и изоцианопропил-триэтоксисиланом, а затем гидролизовали их совместно с тетраэтоксисиланом (TEOS), а также по упрощенной методике (гидролиз TEOS в присутствии в растворе молекул H2TPP) - рис.1б. Кроме того, мы разработали и применили новый подход, состоящий из следующих стадий: получение алифатически замещенного порфирина: 4,4',4'',4'''-(порфин-5,10,15,20-ил)тетра(N-октадецилбензамид) (стадия 1), предобработка стеклянных пластинок – модификация их поверхности ковалентно привитыми алифатическими (C16H33-) "хвостами" (стадия 2), соединение продуктов стадий 1 и 2 в единый материал за счет гидрофобных взаимодействий (рис. 1в). Для изучения сенсорных свойств порошки материалов и стеклянные пластинки с нанесенным липофильным порфирином исследовали методом люминесцентной спектроскопии до и после экспозиции в насыщенном паре модельного нитроароматического соединения – нитробензола. После экспозиции наблюдается тушение. Твердые образцы исследовали методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) и ИК-спектроскопии. Произведено сравнение ИК-спектров со спектрами чистого диоксида кремния, полученного без порфирина, а так же с ИК-спектрами из литературы. Для стеклянных пластинок с иммобилизованными алифатическими группами производилось измерение краевого угла смачивания в зависимости от времени реакции: обнаружено, что дальнейшее увеличение времени обработки только загрязняет материал, не увеличивая дальше краевой угол. Полученные гибридные материалы демонстрируют сенсорный отклик в отношении нитроароматических соединений. Впервые показано, что материал, приготовленный по упрощенной методике гидролиза TEOS в присутствие молекул H2TPP (без ковалентных связей SiO2 – порфирин), проявляет сенсорные свойства (87% тушения за 30 минут), как и гибридный материал с ковалентными связями (83% за 30 минут). Полученные новым разработанным нами методом пластинки с гидрофобно-связанным порфирином также демонстрируют сенсорный отклик (54%).
- Добавил в систему: Белоусов Юрий Александрович