КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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 14-13-00809

НазваниеАктивные коллоидные частицы на основе сегментированных нанонитей

РуководительНапольский Кирилл Сергеевич, Кандидат химических наук

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

Года выполнения при поддержке РНФ 2014 - 2016 

КонкурсКонкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-402 - Электрохимия и коррозия металлов

Ключевые словаактивные коллоидные частицы, микропловцы, темплатное электроосаждение, анодный оксид алюминия, сегментированные нанонити

Код ГРНТИ31.15.33


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на разработку методов получения активных коллоидных частиц путем темплатного электроосаждения металлов различной природы в пористые матрицы с цилиндрическими каналами. Активные коллоидные суспензии демонстрируют характеристики, не присущие равновесным материалам, например, понижение вязкости, повышение самодиффузии, в связи с чем их исследование представляет огромный интерес как с фундаментальной, так и с чисто прикладной точек зрения. В последние годы активно развивается междисциплинарное направление, связанное с получением коллоидных частиц, состоящих из нескольких сегментов, способных контролируемо передвигаться под действием внешних электрических или магнитных полей, света, химических реакций или гидродинамических сдвиговых течений. В литературе такие частицы получили название микропловцы (от англ. microswimmers). Программа исследований включает в себя несколько разделов: 1) электрохимическое получение сегментированных нанонитей с контролируемым составом, кристаллической структурой и геометрическими параметрами; 2) всесторонняя аттестация образцов с применением современных аналитических методов, в том числе in situ синхротронных исследований процессов упорядочения коллоидных частиц; 3) теоретическое моделирование движения микропловцов под действием внешних воздействий; 4) экспериментальные исследования возможности управления перемещением коллоидных частиц. Полученные в ходе выполнения проекта экспериментальные результаты позволят существенно расширить область практического применения электрохимических методик формирования металлических наноструктур в пористых матрицах. Гибкость электрохимического подхода является залогом успешного получения активных коллоидных частиц, управляемых внешними воздействиями.

Ожидаемые результаты
Ожидаемыми результатами проекта являются: 1) Электрохимические методики получения анизотропных наноструктур (нанонитей), состоящих из сегментов различной природы (каталитически активных, оптически активных, ферромагнитных), выступающих в качестве активных коллоидных частиц в задачах микрофлюидики. 2) Теоретические модели движения микропловцов на основе нанонитей под действием внешних воздействий. 3) Экспериментальные методики управления движением микропловцов с помощью внешних электрических или магнитных полей, света или химических реакций. Для обнародования полученных в ходе выполнения проекта результатов планируется публикация не менее 9 статей в рецензируемых высокорейтинговых научных журналах. У коллектива авторов настоящей заявки есть успешный опыт публикации в таких журналах как Advanced Materials (импакт-фактор: 14.829), Angewandte Chemie International Edition (импакт-фактор: 13.734), Chemistry of Materials (импакт-фактор: 8.238), Chemical Communications (импакт-фактор: 6.378), Journal of Materials Chemistry (импакт-фактор: 6.108), Langmuir (импакт-фактор: 4.187), Electrochimica Acta (импакт-фактор: 3.777) и др. При отправке статьи в редакцию выбор в пользу того или иного журнала будет сделан на основании конкретного результата, полученного в ходе реализации проекта.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Проект направлен на развитие фундаментальных и прикладных аспектов метода темплатного электроосаждения полифункциональных наноструктур, выступающих в качестве управляемых внешними воздействиями микропловцов в активных коллоидных системах. В 2014 году проведены систематические исследования процессов электрокристаллизации анизотропных металлических наноструктур в пористых матрицах с цилиндрическими каналами (пленки анодного оксида алюминия, трековые мембраны). Пленки анодного оксида алюминия (АОА) могут быть получены в лабораторных условиях, причем их толщина, диаметр каналов и расстояние между соседними порами легко контролируются с помощью условий анодирования. Благодаря возможности варьирования параметров пористой структуры в широких пределах, данный материал часто используется в качестве матрицы для формирования наноструктур различного функционального назначения. Главными недостатками темплатов из анодного оксида алюминия являются хрупкость оксидной пленки (критична при толщине менее 20 микрон) и большая продолжительность процесса их получения. Синтез одной пористой пленки состоит из множества стадий и может длиться несколько дней. Для ускорения процесса получения матриц АОА была предложена и успешно апробирована методика группового формирования темплатов с применением подходов химической фотолитографии. Данный метод позволяет одновременно получить десятки идентичных образцов, пригодных для их использования в качестве матриц при электроосаждении одномерных наноструктур (нанонитей). Формирование пористых матриц из оксида алюминия проводили путем анодирования высокочистого алюминия в 0,3 М растворе (COOH)2 при напряжениях 40 и 120 В. Данные режимы анодирования позволяют получить оксидные пленки с упорядоченным расположением каналов и узким распределением пор по размерам. Последующее удалением барьерного слоя и растравливание каналов в растворе H3PO4 позволяет получить матрицы с варьируемым диаметром каналов в широких пределах: от 40 до 200 нм. Плотность расположения пор составляет 10^9-10^10 см-2, что существенно (на 1-2 порядка) превышает соответствующую величину для коммерчески доступных трековых мембран. Отработана методика удаления барьерного слоя у пористых пленок анодного оксида алюминия, позволяющая по данным хроноамперометрии in situ контролировать степень открытия каналов. Статистическая обработка данных растровой электронной микроскопии свидетельствует, что после удаления барьерного слоя вышеописанным способом, отклонение среднего диаметра пор для нескольких образцов полученных при одинаковых условиях анодирования не превосходит ошибки его определения. Хорошо аттестованные пористые плёнки анодного оксида алюминия (диаметр пор от 40 до 200 нм, толщина от 30 до 60 мкм) и коммерчески доступные трековые мембраны (диаметр пор от 30, 100 и 200 нм, толщина 20 мкм) были использованы в качестве матриц при формировании одномерных наноструктур (нанонитей) путем потенциостатического электроосаждения металлов. Эксперименты проведены для ряда индивидуальных металлов (Cu, Ni, Co, Pd, Pt, Rh, Au) и сегментированных нанонитей Au/Ni. Следует отметить, что получение упорядоченного массива нанонитей Rh проведено впервые. Комплексное исследование металлических наноструктур выполнено с помощью ряда взаимодополняющих методов, включающих растровую и просвечивающую электронную микроскопию, рентгеноспектральный микроанализ, рентгенофазовый анализ, электронную дифракцию, SQUID-магнетометрию и оптическую спектроскопия поглощения. Особое внимание уделено электрохимическим методам анализа, позволяющим определить оптимальные условия электрокристаллизации (циклическая вольтамперометрия), in situ следить за процессом формирования одномерных наноструктур (хроноамперометрия), а также в ряде случаев определить площадь электроактивной поверхности и каталитическую активность наноструктур в различных процессах. Отработана методика селективного растворения матрицы в растворе NaOH и последующего получения суспензии нанонитей путем их диспергирования с помощью ультразвуковой обработки. На примере нанонитей, состоящих из Au и Ni сегментов, проведены предварительные эксперименты по визуализации движения анизотропных наноструктур в жидкой среде в присутствии внешнего магнитного поля. Разрешения экспериментальной установки достаточно для наблюдения за нанонитями диаметром 100 нм. Экспериментально зафиксированы диполь-дипольные взаимодействия между наноструктурами Au/Ni в присутствии внешнего магнитного поля.

 

Публикации

1. Леонтьев А.П., Брылев О.А., Напольский К.С. Arrays of rhodium nanowires based on anodic alumina: preparation and electrocatalytic activity for nitrate reduction Electrochimica Acta, v. 155, pp. 466–473 (год публикации - 2015).

2. Леонтьев А.П., Брылёв О.А., Напольский К.С. Массивы нанонитей родия: получение и каталитическая активность в реакции восстановления нитрат-анионов Программа лекций и тезисы докладов XIII конференции молодых ученых "Актуальные проблемы неорганической химии", с. 103-104 (год публикации - 2014).

3. Чумакова А.В., Вальковский Г.А., Мистонов А.А., Дядькин В.А., Григорьева Н.А., Саполетова Н.А., Напольский К.С., Елисеев А.А., Петухов А.В., Григорьев С.В. Periodic order and defects in Ni-based inverse opal-like crystals on the mesoscopic and atomic scale PHYSICAL REVIEW B, Volume: 90, Issue: 14, Article Number: 144103 (год публикации - 2014).


Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Проводимые исследования направлены на развитие фундаментальных и прикладных основ темплатного электроосаждения. В рамках проекта данный метод применяется для создания полифункциональных анизотропных наноструктур (нанонитей или наностержней), состоящих из сегментов различной природы. В 2015 году в качестве материалов, формирующих составные части нанонитей, выступали Au, Pt, Rh, Fe, Co, Ni, Bi и берлинская лазурь. В качестве аналога наиболее распространенных и бурно обсуждаемых в литературе биметаллических Au/Pt самоподвижных микропловцов, предложены и успешно синтезированы Au/Rh наноструктуры. Такие коллоиды приводятся в движение за счет каталитического разложения пероксида водорода на платиновой части коллоидной частицы. Согласно данным растровой электронной микроскопии длина родиевого и золотого сегментов линейно увеличиваются с ростом заряда, затрачиваемого на их осаждение, а диаметр определяется диаметром пор оксидной матрицы. Стоит отметить, что отработанные условия электрокристаллизации Rh приводят к зарождению и росту нанонитей практически в каждой поре темплата на основе анодного оксида алюминия, что позволяет достичь сравнительно высоких концентраций наностержней в суспензии после растворения темплата даже при работе с электродами с площадью менее 1 см^2. Для управления направлением движения наностержней в дисперсионной среде с помощью внешних полей, широко используется подход, связанный с внедрением анизотропного магнитного сегмента. Как было показано ранее на примере никеля, в случае металлов с кубической структурой ось легкого намагничивания оказывается направлена вдоль длинной оси наночастицы. Следовательно, при формировании магнитного сегмента, длина которого превышает диаметр, нанонить, в структуру которого он внедрен, будет ориентироваться вдоль линий магнитной индукции. На примере электрокристаллизации никеля и кобальта экспериментально установлено влияние упорядоченности структуры пористой матрицы анодного оксида алюминия и ее толщины на однородность и полноту заполнения каналов внедряемым металлом. Показано, что степень заполнения пор в темплате может быть близка к 100% в случае использования тонких (менее 10 мкм) матриц с упорядоченным расположением каналов. Для формирования пористых пленок анодного оксида алюминия, обладающих такими свойствами, применяли подход, разработанный на предыдущем этапе работы, заключающийся в совмещении процессов анодирования и химической фотолитографии. Одна из областей применения каталитических наномоторов связана с адресной доставкой лекарств. Для такого рода применений важным требованием, предъявляемым к наноструктурам, является их биосовместимость. Следовательно, использование магнитных сегментов из никеля и кобальта крайне не желательно. В связи с этим на данном этапе работы был проведен поиск и оптимизация условий электроосаждения биосовместимых анизотропных наноструктур железа в пористых матрицах с цилиндрическими каналами. Намагниченность насыщения железных нанонитей с диаметром ~50 нм составила 175 э.м.е./г., что сравнимо с соответствующей величиной для объемного материала (217,2 э.м.е./г.). Такое различие в значениях намагниченности насыщения в случае наноструктур и объемного материала связано с окислением поверхности железных нанонитей. Благодаря сильно анизотропной форме магнитных наноструктур, композит Fe/анодный оксид алюминия проявляет высокую анизотропию магнитных свойств. Ось легкого намагничивания направлена вдоль длинной оси нанонитей. Коэрцитивная сила при параллельной ориентации нитей и линий магнитной индукции составляет 815 Э, в то время как при перпендикулярном направлении внешнего магнитного поля относительно длинной оси наноструктур коэрцитивная сила падает до 230 Э. Анализ траекторий движения коллоидных частиц в зависимости от параметров внешнего магнитного поля был выполнен на примере наностержней Ni/Au с помощью программного пакета обработки изображений ImageJ. В качестве дисперсионных сред были использованы деионизованная вода, дихлорэтан и 1-октадецен, обладающие различной вязкостью. Траектории движения наностержней определяли с помощью плагина MTrack2, из которых в дальнейшем находили относительное смещение частиц ∆x∆y за единицу времени. Исходя из математического ожидания и дисперсии полученных распределений смещений частиц была оценена скорость поступательного движения и коэффициент диффузии, обусловленный Броуновским движением частиц. Следует отметить, что при включении внешнего магнитного поля траектории движения частиц становятся прямолинейными. Как уже отмечалось ранее самым популярным катализатором, используемым в настоящее время для формирования самоподвижных микропловцов, является платина. Между тем, она обладает рядом недостатков. В частности, платина эффективно разлагает пероксид водорода только при достаточно высоких концентрациях (обычно используются растворы с содержанием пероксида водорода порядка единиц процентов), которые недостижимы в реальных биологических системах. Согласно литературным данным абсолютным лидером в реакции каталитического разложения H2O2 по многим показателям является берлинская лазурь. Она намного активнее всех аналогов в реакции восстановления пероксида водорода (электрохимическая константа составляет 1∙10^-2 см/с против 4∙10^-6 на Pt), работает в низких диапазонах концентрации (вплоть до 1∙10^-9 М) и к тому же гораздо более селективно восстанавливает пероксид (селективность на 3 порядка выше, чем у Pt). Таким образом, использование берлинской лазури в качестве активной части самоподвижных микропловцов является весьма перспективным. На данном этапе в инициативном порядке проведены эксперименты по формированию нанонитей берлинской лазури диаметром около 150 нм. Для увеличения их стабильности проводили соосаждение берлинской лазури и проводящего полимера полианилина. Эксперименты в этом направлении будут продолжены на следующем этапе проекта. Согласно результатам проведенных экспериментов, единственным способом получения слоистых нанонитей, в которых каждый сегмент состоит из чистого металла, а граница между соседними блоками четкая, является смена электролита с промежуточной промывкой пористого электрода. Проведение данных операций вручную делает процесс невоспроизводимым, а в случае необходимости формирования десятков или сотен слоев – просто невыполнимым. При реализации настоящего проекта предложена концепция роботизированного осаждения слоистых нанонитей, заключающаяся в автоматизированном позиционировании рабочего электрода в процессе темплатного электроосаждения. Идея взята из ЧПУ станков, которые в последнее время получили широкое распространение в промышленности. Примерами могут являться различные модели гравировально-фрезеровальных станков, 3D принтеров, установок лазерной резки и т.д. Во всех этих случаях с помощью двигателей производится точное позиционирование головки. В нашем случае мы предлагаем использовать два шаговых двигателя, один из которых поворачивает стол с набором электрохимических ячеек и емкостей для промывки, а второй – поднимает и опускает рабочий электрод. В ходе реализации текущего этапа проекта разработана конструкция и изготовлены основные детали данной установки, а также создана программа управления моторами. Синхронизация данного робота с потенциостатом позволит на следующем этапе работы формировать слоистые нанонити с четкой границей между сегментами контролируемого состава и длины. Слоистые нанонити, а также разработанные методики их получения, могут быть использованы для создания активных коллоидных систем для биологических применений, а также элементов современной микро(нано)электроники.

 

Публикации

1. Гончарова А.С., Скрябина О.В., Столяров В.С., Напольский К.С. Нанонити висмута: получение, структура и транспортные свойства Сборник тезисов XIV конференции молодых ученых «Актуальные проблемы неорганической химии: перспективные методы синтеза веществ и материалов», стр. 67, 68 (год публикации - 2015).

2. Леонтьев А.П., Брылев О.А., Напольский К.С. Электрокаталитическое восстановление нитратов на нитевидных наноструктурах родия Сборник тезисов V Конференции молодых ученых по общей и неорганической химии, стр. 130, 131 (год публикации - 2015).

3. Леонтьев А.П., Брылев О.А., Напольский К.С. Формирование массивом ферромагнитных нанонитей в тонких матрицах анодного оксида алюминия Сборник тезисов 49-й Школы ПИЯФ по физике конденсированного состояния (ФКС-2015), стр. 90 (год публикации - 2015).

4. Леонтьев А.П., Брылев О.А., Напольский К.С. Arrays of rhodium nanowires based on anodic alumina: Preparation and electrocatalytic activity for nitrate reduction Electrochimica Acta, v. 155, pp. 466–473 (год публикации - 2015).

5. Леонтьев А.П., Росляков И.В., Брылев О.А., Напольский К.С. Применение тонких плёнок анодного оксида алюминия в качестве матриц для электрохимического получения нанонитей Сборник тезисов XIV конференции молодых ученых «Актуальные проблемы неорганической химии: перспективные методы синтеза веществ и материалов», стр. 141, 142 (год публикации - 2015).

6. Леонтьев А.П., Росляков И.В., Веденеев А.С., Напольский К.С. Формирование тонких мембран анодного оксида алюминия и их использование в качестве матриц при темплатном электроосаждении Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, vol. 10, No. 3, pp. 548–553 (год публикации - 2016).

7. Петтинари С., Марчетти Ф., Петтинари Р., Белоусов Ю.А., Таядаков И.В., Краснобров В.Д., Петухов Д.И., Дроздов А.А. Synthesis of novel lanthanide acylpyrazolonato ligands with long aliphatic chains and immobilization of the Tb complex on the surface of silica pre-modified via hydrophobic interactions Dalton Transactions, v. 44, pp. 14887–14895 (год публикации - 2015).

8. Росляков И.В., Гордеева Е.О., Напольский К.С. Электрохимические аспекты упорядочения структуры анодного оксида алюминия Сборник тезисов XIV конференции молодых ученых «Актуальные проблемы неорганической химии: перспективные методы синтеза веществ и материалов», стр. 198, 199 (год публикации - 2015).

9. Росляков И.В., Колесник И.В., Напольский К.С., Карелин А.П., Миронов С.М., Столяров В.С., Суртаев В.Н., Cаяпин О.А. Развитие сенсорных технологий и техники мониторинга взрывоопасности углеводородо-воздушных смесей Научно-технический вестник ОАО "НК "Роснефть", т. 4, с. 85–89 (год публикации - 2015).

10. Росляков И.В., Кошкодаев Д.С., Елисеев А.А., Хермида-Мерино Д., Петухов А.В., Напольский К.С. Crystallography-affected long-range pore ordering in anodic alumina films Poster Abstracts of 16th International Conference on Small-angle Scattering, p. 100 (год публикации - 2015).

11. Росляков И.В., Куратова Н.С., Колесник И.В., Напольский К.С. Кинетика переходных процессов при термической обработке анодного оксида алюминия Сборник тезисов XXXIII Всероссийского симпозиума молодых ученых по химической кинетике, стр. 44 (год публикации - 2015).


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В 2016 году были продолжены работы по изучению фундаментальных особенностей формирования металлических нанонитей методом темплатного электроосаждения, а также изучению их функциональных свойств. Нанонити и/или их единичные сегменты были изготовлены из Pt, Rh, Au, Fe, Ni, Cu и берлинской лазури. В качестве матриц для получения нанонитей использованы пористые пленки анодного оксида алюминия (АОА), синтезированные в растворах щавелевой кислоты при напряжениях анодирования от 40 до 160 В. Варьирование условий электрохимического окисления алюминия позволяет контролируемо изменять диаметр пор в широком интервале. В работе получены и использованы пленки АОА с диаметром пор от 30 до 260 нм. Важным преимуществом пленок анодного оксида алюминия при их использовании в качестве темплата для получения анизотропных наноструктур является чрезвычайно высокая плотность расположения каналов (10^9-10^11 см-2), что существенно (на 1-2 порядка) превышает соответствующую величину для коммерчески доступных трековых мембран. Достижение такой высокой плотности пор на единицу площади и, как следствие, несчетного количества нанонитей при темплатном электроосаждении, становится возможно за счет упорядочения каналов в двумерный гексагональный массив. Возможность получения АОА с высокоупорядоченной пористой структурой впервые была экспериментально продемонстрирована в 1995 году в журнале Science. В дальнейшем, благодаря многочисленным исследованиям эмпирически установлено, что упорядочение каналов наблюдается лишь в узких интервалах условий эксперимента. Необходимо отметить, что эта особенность формирования АОА до сих пор не имела теоретического объяснения, что может быть связано с одновременным влиянием многих факторов на рост оксидной пленки. Проведенные в рамках настоящего проекта исследования кинетики электрохимического окисления алюминия показали, что режимы анодирования, приводящие к формированию пористых пленок с упорядоченным расположением каналов коррелируют с природой скорость-лимитирующей стадии [I.V. Roslyakov, E.O. Gordeeva, K.S. Napolskii, Chem. Mater., 2016, отправлена в редакцию]. Необходимым условием упорядочения пористой структуры АОА является планарный фронт роста каналов, что реализуется при ограничении скорости роста миграцией ионов через барьерный слой (соответствует «мягким» условиям анодирования), а также в режиме предельного диффузионного тока (соответствует «жестким» условиям анодирования). Оксидные пленки, выращенные в смешанном режиме, обладают разупорядоченной пористой структурой с большим количеством ветвящихся каналов. Данное открытие позволило объяснить известные ранее режимы анодирования, а также предсказать новые условия, приводящие к формированию упорядоченных структур. Стоит отметить, что ветвящиеся поры присутствуют в значительном количестве даже в АОА с упорядоченным расположением каналов. Детальный анализ структуры пленок АОА с помощью малоугловой рентгеновской дифракции выявил отклонение пор от нормали к поверхности алюминия [I.V. Roslyakov, D.S. Koshkodaev, A.A. Eliseev, D. Hermida-Merino, A.V. Petukhov, K.S. Napolskii, J. Phys. Chem. C, 2016, 120, 19698]. Данная особенность роста пор связана с анизотропией скоростей окисления алюминия в различных кристаллографических направлениях. Заметки об упорядочении пористой структуры анодного оксида алюминия опубликованы на станицах порталов www.indicator.ru (https://indicator.ru/news/2016/11/28/v-mgu-priveli-v-poryadok-poristuyu-strukturu-anodnogo-oksida-alyuminiya/) и www.metalinfo.ru (http://www.metalinfo.ru/ru/news/s9631.html). При электрокристаллизации металлов в каналах оксидных пленок анодного оксида алюминия одной из необъясненных до сегодняшнего дня особенностей являлось существование в получаемых нанокомпозитах нитей с существенно разной длиной. Данная особенность темплатного электроосаждения приводит к широкому распределению нанонитей по длине, что особенно критично при формировании сегментированных наноструктур, так как не позволяет контролировать длину единичных слоев с требуемой точностью. При выполнении проекта предложена теоретическая модель роста металла, учитывающая наличие ветвящихся пор в матрице анодного оксида алюминия и позволяющая описать формирование нанонитей в диффузионном, кинетическом, а также смешанном режимах [A.A. Noyan, A.P. Leontiev, M.V. Yakovlev, I.V. Roslyakov, G.A. Tsirlina, K.S. Napolskii, Electrochim. Acta, 2016, отправлена в редакцию]. Предложенная модель предсказывает различную скорость роста металла в прямых и ветвящихся каналах в случае электрокристаллизации в смешанном или диффузионном режимах, что хорошо согласуется с экспериментальными данными, полученными при электроосаждении меди в матрицы анодного оксида алюминия, сформированные при 40 В в 0,3 М растворе щавелевой кислоты. Показано, что высокой степени заполнения матриц металлом можно добиться в случае использования тонких (менее 10 мкм) темплатов [A.P. Leontiev, I.V. Roslyakov, A.S. Vedeneev, K.S. Napolskii, J. Surf. Invest., 2016, 10, 548]. Для формирования сегментированных нанонитей с четкой границей между слоями создана и введена в эксплуатацию роботизированная электрохимическая установка, позволяющая последовательно проводить электроосаждение металлических слоев из индивидуальных электролитов. Автоматизация процесса смены электролита существенно увеличила точность контроля толщины и состава единичных слоев. Созданная установка использована для формирования каталитических наномоторов на основе сегментированных нанонитей Au/Pt, Au/Rh, Au/Ni/Rh и Au/Fe/Pt. Сегментированные нанонити, содержащие каталитически активные металлы, демонстрируют поступательное движение в растворе пероксида водорода за счет электроосмотических потоков, возникающих при восстановлении и окислении H2O2 на противоположных сегментах структуры. Необходимым условием для движения частиц является разница смешанных потенциалов индивидуальных металлов, из которых созданы сегменты нанонити. Стоит отметить, что наличие магнитной прослойки позволяет ориентировать нанонити в суспензии с помощью внешнего магнитного поля. При этом направление оси легкого намагничивания определяется геометрической анизотропией магнитной прослойки. Изучение магнитной структуры нанонитей железа с помощью мессбауэровской спектроскопии и ядерного резонансного рассеяния синхротронного излучения (Nuclear Forward Scattering) позволило выявить отклонение средней намагниченности нанонитей от направления их длинной оси [A.S. Goncharova, S.V. Sotnichuk, A.S. Semisalova, T.Yu. Kiseleva, I. Sergueev, M. Herlitschke, K.S. Napolskii, A.A. Eliseev, J. Sol-Gel Sci. Technol., 2016, doi: 10.1007/s10971-016-4254-2]. По всей видимости, реализация такой магнитной структуры связана с антисимметричными обменными взаимодействиями Дзалошинского-Мория на поверхности нанонитей, вызывающими свертку магнитных моментов поверхностных атомов, или с обменными взаимодействиями ферромагнеик-антиферромагнетик. Важным результатом полученным в ходе работы с суспензиями наночастиц стал способ перевода коллоидных частиц из водных растворов в органические растворители [N.A. Sapoletova, S.E. Kushnir, A.E. Kushnir, P.B. Kocherginskaya, P.E. Kazin, K.S. Napolskii, RSC Adv., 2016, 6, 112409]. С его помощью возможно расширение областей практического применения наноструктур, получаемых в водной среде. В заключение стоит отметить, что синтезированные сегментированные нанонити, а также разработанные методики их получения, могут быть использованы для создания активных коллоидных систем для биологических применений, а также элементов современной микро(нано)электроники.

 

Публикации

1. - В МГУ «привели в порядок» пористую структуру анодного оксида алюминия indicator.ru, 28.11.2016 (год публикации - ).

2. - Ученые разобрались с механизмом анодирования алюминия www.metalinfo.ru, 05.12.2016 (год публикации - ).

3. Бугаев А.С., Веденеев А.С., Напольский К.С., Рыльков В.В. Структурированные нанокомпозиты ферромагнетик/оксид алюминия на поверхности полупроводниковых и изолирующих подложек «Синтез, строение и свойства металл/полупроводник содержащих наноструктурированных композитов» / под редакцией Л.И. Трахтенберга, М.Я. Мельникова. – Москва, Техносфера, 2016. – 624 с., с. 345 – 369 (год публикации - 2016).

4. Гончарова А.С., Сотничук С.В., Семисалова А.С., Киселева Т.Ю., Сергеев И., Херлитшке М., Напольский К.С., Елисеев А.А. Oriented arrays of iron nanowires: synthesis, structural and magnetic aspects Journal of Sol-Gel Science and Technology, - (год публикации - 2016).

5. Кушнир С.Е., Леонтьев А.П., Клименко А.А., Яковлев М.В., Напольский К.С. Самодвижущиеся коллоидные частицы на основе сегментированных нанонитей Сборник тезисов научной конференции грантодержателей РНФ «Фундаментальные химические исследования XXI-го века», - (год публикации - 2016).

6. Леонтьев А.П., Яковлев М.В., Напольский К.С. Закономерности заполнения пористых матриц металлом при получении нанонитей методом темплатного электроосаждения Сборник материалов VI Всероссийской конференции по наноматериалам с элементами научной школы для молодежи НАНО-2016, - (год публикации - 2016).

7. Напольский К.С., Росляков И.В., Гордеева Е.О., Леонтьев А.П., Елисеев А.А., Лукашин А.В. Упорядочение пористой структуры пленок анодного оксида алюминия Сборник тезисов научной конференции грантодержателей РНФ «Фундаментальные химические исследования XXI-го века», доклад УД42 (год публикации - 2016).

8. Ноян А.А., Леонтьев А.П., Яковлев М.В., Росляков И.В., Цирлина Г.А., Напольский К.С. Electrochemical growth of nanowires in anodic alumina templates: the role of pore branching Electrochimica Acta, - (год публикации - 2017).

9. Петухов Д.И., Берекчиян М.В., Пятков Е.С., Солнцев К.А., Елисеев А.А. Experimental and Theoretical Study of Enhanced Vapor Transport through Nanochannels of Anodic Alumina Membranes in a Capillary Condensation Regime The Journal of Physical Chemistry C, v. 120, pp. 10982–10990 (год публикации - 2016).

10. Росляков И.В., Кошкодаев Д.С., Елисеев А.А., Хермида-Мерино Д., Петухов А.В., Напольский К.С. Crystallography-Induced Correlations in Pore Ordering of Anodic Alumina Films The Journal of Physical Chemistry C, v. 120, pp. 19698–19704 (год публикации - 2016).

11. Саполетова Н.А., Кушнир С.Е., Кушнир А.Е., Кочергинская П.Б., Казин П.Е., Напольский К.С. Simple phase transfer of nanoparticles from aqueous to organic media using polymer colloids as carriers RSC Advances, v. 6, pp. 112409 – 112412 (год публикации - 2016).

12. Чернова Е., Петухов Д., Бойцова О., Алентьев А., Бадд П., Ямпольский Ю., Елисеев А. Enhanced gas separation factors of microporous polymer constrained in the channels of anodic alumina membranes Scientific Reports, v. 6, 31183 (год публикации - 2016).