Наука и технологии России

Вход Регистрация

Российские учёные создали термостойкие дендримеры

Учёные Института элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН синтезировали дендримеры, содержащие фенильные и пиридиновые фрагменты. Полученные структуры обладают высокой термостойкостью и позволяют проводить синтез наночастиц сульфида кадмия при высоких температурах. Результаты исследования открывают простой путь к созданию металлполимерных композитов.

Исследования полупроводниковых наночастиц, также называемых квантовыми точками, очень интенсивно развиваются в течение последних двадцати лет. Применение таких систем, благодаря их оптическим свойствам, считается весьма привлекательным в области оптоэлектроники и биоаналитики.

Известные сегодня методы получения высококачественных кристаллов халкогенидов металлов, в том числе и сульфида кадмия, основаны на высокотемпературном металлоорганическом синтезе (выше 300 °С), требующем, кроме всего прочего, использования поверхностно-активных соединений для стабилизации образующихся наночастиц. Обычные полимеры при таких температурах подвергаются термодеструкции, что делает невозможным получение металлполимерного композита. Но, оказалось, у этой проблемы есть решение.

Учёные Института элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН совместно с коллегами из Университета Индианы (Indiana University, USA) впервые использовали для получения нанокристаллов сульфида кадмия синтезированные ими полифениленпиридильные дендримеры (индивидуальные сверхразветвлённые молекулы с большой молекулярной массой), а также исследовали влияние архитектуры дендримеров и условий проведения реакции на образование наночастиц сульфида кадмия.

Первоначально исследователям удалось синтезировать дендримеры, в составе которых находятся фенильные и пиридиновые фрагменты. Полученные структуры обладают высокой термостойкостью и позволяют проводить синтез нанокомпозитов при высоких температурах, что и было доказано в ходе эксперимента.

Для создания нанокомпозитов учёные ввели оксид кадмия в раствор дендримера в бензиловом эфире при высокой температуре (265 °С), после чего впрыснули в этот же раствор суспензию серы. Затем температуру смеси понижали на 30 °С, что сопровождалось формированием и ростом наночастиц оксида. Чтобы регулировать размер наночастиц, исследователям пришлось определить оптимальные условия проведения реакции, так как было обнаружено, что не все молекулы дендримера образуют композит с сульфидом кадмия, – в процессе синтеза возможно формирование агрегатов молекул полимера друг с другом.

При помощи методов динамического светорассеяния и трансмиссионной электронной микроскопии были определены размеры и распределение по размерам частиц нанокомпозитов.

Исходя из простых арифметических соображений, диаметр одной нанокомпозитной частицы СdS-ПФП должен включать в себя сумму диаметра наночастицы сульфида кадмия (около 3,2 нанометра) плюс 2 диаметра молекулы дендримера. В целом размер такой нанокомпозитной единицы должен быть порядка 14 нанометров. По данным же динамического светорассеяния, размер нанокомпозитной частицы гораздо меньше. Поэтому авторы предположили, что молекулы дендримера обволакивают наночастицу сульфида кадмия, формируя взаимопроникающую за счёт ветвей дендримера оболочку и тем самым уменьшая предполагаемый размер композитной единицы. Учёные доказали, что наночастицы CdS не инкапсулированы внутрь полости единичной молекулы дендримера, а окружены его несколькими молекулами.

Таким образом, учёные установили, что дендример действует как термически стабильная матрица, позволяющая одновременно стабилизировать наночастицы сульфида кадмия, а также контролировать их размеры. Также он выступает в роли уникального контролирующего агента образования наночастиц нетипичного строения.

Изучив оптические свойства композита CdS-ПФП и получив обнадёжившие результаты по эффективности фотолюминесценции, команда учёных пришла к выводу, что проведённые исследования создают основу для развития направления в химии наноматериалов, базирующегося на дендримерах и наночастицах металлов. В практическом приложении полученный композит можно использовать для создания изображений в дисплеях нового поколения.

Источник информации:

Nina V. Kuchkina, David Gene Morganb, Barry D. Steinc, Lada N. Puntusa,d, Alexander M. Sergeev, Alexander S. Peregudov, Lyudmila M. Bronsteinb, Zinaida B. Shifrinaa. Polyphenylenepyridyl Dendrimers as Stabilizing and Controlling Agents for CdS Nanoparticle Formation. Nanoscale.

РЕЙТИНГ

4.80
голосов: 5

Обсуждение