КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 22-73-00108

НазваниеКомпозитные каталитические материалы с функцией бесконтактного измерения температуры методом люминесцентной термометрии с помощью ионов лантанидов

РуководительКожевникова Владислава Юрьевна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова», г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2022 - 06.2024 

Конкурс№70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-203 - Химия координационных соединений

Ключевые словаорганические катализаторы, люминесценция, соединения лантанидов, сенсорные материалы, термометрия

Код ГРНТИ31.00.00

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Катализ – одна из ключевых областей развития химической промышленности, которая, в том числе, направлена на сохранение окружающей среды – например, при очистке отходящих газов или сточных вод. Благодаря каталитическим материалам открывается возможность создать альтернативу классическим производствам для получения высоко востребованных химикатов и промежуточных продуктов, помогая, в частности, переходу на возобновляемые источники энергии. Это, очевидно, будет способствовать сохранению окружающей среды и устойчивому развитию. При этом температура в таких процессах является одним из важных параметров, который влияет на энергию активации и определяет скорость реакции. В связи с этим, точное определение температуры как самого катализатора, так и реакционной среды вблизи каталитического центра, является критически важным для всестороннего изучения каталитических процессов. Бесконтактная термометрия, в первую очередь люминесцентная, – уникальный способ измерения температуры, который позволяет контролировать температуру во всем объеме реакционной системы. Кроме того, она позволяет проводить непрерывные измерения в реальном времени и создавать температурные карты, контролируя градиент температур, а также достигать высокого температурного и пространственного разрешения. Такая детализация химического процесса, кроме всего прочего, может быть использована для детального изучения особенностей протекания химической реакции, в том числе в разных точках реакционного сосуда, и ее последующей оптимизации. Несмотря на очевидные преимущества такого способа контроля температуры, исследований в данной области крайне мало. Более того, в литературе есть только один пример соединения, которое совмещает в себе и каталитическую, и «наблюдательную» функцию. Опыт, накопленный в наших группах в области химии ароматических карбоксилатов лантанидов, органической химии и органического катализа, и, в первую очередь, в области люминесцентной термометрии, позволяет нам предложить гетеролантанидные соединения 3,7-диазабицикло[3.3.1]нонана (далее – биспидинов) в качестве таких катализаторов, с помощью которых можно будет измерять температуру реакционной среды и, в том числе, судить о полноте протекания катализируемого процесса. Данный проект будет направлен на поиск наиболее эффективных катализаторов среди стабильных и ярко-люминесцирующих соединений с максимальной температурной чувствительностью люминесценции. В качестве люминофоров будут использованы гетерометаллические координационные тербия-европия, а также монометаллические соединения тербия и европия, с целью получения соединений, способных катализировать альдольную реакцию, реакции Анри и Михаэля, и одновременно обладающие высокой температурной чувствительностью. В качестве базы для создания таких материалов будут использованы биспидины, функционализированные по 3, 7 и 9 положениям группами, способными координироваться к атомам лантанидов. В проекте впервые будет изучена возможность создания катализаторов с дополнительной функцией люминесцентной термометрии, а также будет апробирован способ измерения бесконтактного измерения температуры с использованием таких соединений. До проведения измерений температурно-зависимой люминесценции будет отработана методика синтеза таких материалов и подробно изучены каталитические свойства таких материалов.

Ожидаемые результаты
В результате работы по проекту будет получен ряд новых люминофоров для бесконтактного определения температуры различных объектов методом люминесцентной термометрии на основе моно- и гетерометаллических ароматических карбоксилатов лантанидов, сочетающих высокую стабильность, высокую интенсивность люминесценции и высокую точность определения температур в диапазоне температур -30 – 150oС. Целевые соединения будут получены в виде порошков. Полученные материалы могут быть использованы в качестве катализаторов-бесконтактных термометров в альдольной реакции, реакциях Анри и Михаэля, в том числе для проведения температурного картирования объема реакционной среды. В ходе выполнения проекта будут изучены фундаментальные особенности синтеза таких соединений, их использования в качестве катализаторов и особенностей их люминесценции, в том числе температурно-зависимой. Кроме того, будут изучены моно- и гетерометаллические соединения лантанидов, принцип работы которых будет отличаться. На примере этих классов соединений будут отработаны различные способы определения температуры, например, по времени жизни возбужденного состояния или по соотношению полос люминесценции выбранных соединений, что позволит выбрать наиболее перспективную систему и сформулировать критерии для создания таких материалов и которое в дальнейшем может быть использовано при создании новых гибридных материалов для катализа с наблюдательной функцией. Предложенная тематика является абсолютно новой и предполагает получение новых фундаментальных знаний с возможным выходом на важные практические применения.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Впервые был получен мультифункциональный материал, который, с одной стороны, является эффективным катализатором реакции нитро-Михаэля, а с другой стороны - эффективным люминесцентным термометром. На первом этапе работы была разработана методика синтеза новых лигандов - производных бензойной кислоты и 3,7-диазабицикло[3.3.1]нонана (биспидина). Было показано, что предложенные лигандыявляются эффективными сенсибилизаторами ионной люминесценции европия и тербия (квантовые выходы составили 23.5% и 56% соответственно), а полученные комплексы не только ярко люминесцируют, но и катализируют реакцию присоединения диэтилмалоната к β-нитростиролу. В работе были детально изучены фотофизические и каталитические свойства полученных комплексов. Кроме того, была синтезирована серия гетерометаллических КС тербия-европия, которые обладали не только каталитической активностью, но и температурно-зависимой люминесценцией, что позволяет предложить их в качестве катализаторов с термометрической функцией для контроля за температурным режимом каталитической реакции.

 

Публикации

1. Корников А.И., Козлов М.И., Ващенко А.А., Павлов А.А., Гордеева Е.О., Латипов Е.В., Лепнев Л.С., Кожевникова В.Ю., Уточникова В.В. The First Dual Red-NIR Emissive Solution-Processed OLED Based on Europium-Ytterbium Mixed-Ligand Complexes for Pulse Oximetry ACS Applied Optical Materials, - (год публикации - 2023)