Ученые из СПбГУ смогли синтезировать самые маленькие наночастицы для определения ионов тяжелых металлов в воде

Результаты экспериментов и описание свойств полученных частиц были опубликованы в научном журнале Nanomaterials.

Металл-органические полимеры (металл-органические каркасные структуры, (МОКС)) - это соединения, в которых ионы металлов связаны между собой органическими молекулами - линкерами. 

С помощью различных комбинаций металлов и линкеров, можно получать материалы с различными структурой и свойствами.

Так, соединения на основе МОКС сегодня используются при производстве электрохимических сенсоров, в химической промышленности как катализаторы реакций, а также как присадка к ракетному топливу.

Ряд соединений являются люминофорами, т.е. способны излучать свет под действием ультрафиолета, электромагнитного поля или других возмущений.

Такие МОКС используются для создания экранов мониторов и люминесцентных термометров, а также для диагностики раковых заболеваний. 

Люминофоры можно также использовать как высокочувствительные сенсоры для обнаружения вредных веществ.

Самые маленькие наночастицы удалось синтезировать с помощью ультразвука.

На ультразвуковой бане к раствору хлорида европия ученые медленно добавляли раствор терефталата натрия, из-за чего образовывался осадок. 

Ультразвуковые волны помогают тщательнее перемешивать раствор, замедляют рост частиц и предотвращают их слипание. В итоге соединение становится более стабильным.

Ученые смогли получить частицы разных размеров: от 8 нанометров до сотен микрон. 

Восьминанометровые наночастицы терефталата европия сегодня являются самыми маленькими частицами металл-органических каркасных структур редкоземельных элементов.

Уменьшение концентрации реагирующих веществ всего в 2 раза привело к уменьшению размера частиц почти в 1000 раз, что было неожиданностью для ученых.

Вероятно, такой эффект связан с присутствием в растворе комплекса европий-терефталат в соотношении 1:1, который способствует более быстрому росту числа зародышей кристаллов, - считают ученые. 

Исследователям ранее удавалось получить наночастицы терефталата европия диаметром 40 нанометров и больше. В этот раз ученые смогли синтезировать частицы в 5 раз меньше.

Способ синтеза, разработанный химиками из СПбГУ, может помочь внести серьезный вклад в нанотехнологию и координационную химию - это дает возможность синтезировать наночастицы из других металл-органических каркасных структур. 

Во время исследования ученые из СПбГУ также заметили, что ионы тяжелых металлов существенно тушат люминесценцию полученных наночастиц, что позволяет использовать их в качестве сенсоров для обнаружения ионов тяжелых металлов в воде.

Новые данные могут помочь в создании эффективных сенсоров для контроля содержания ионов тяжелых металлов в питьевой воде. 

Чувствительность люминофоров позволит с точностью определить присутствие опасных веществ в воде даже в малых концентрациях.

Полученные учеными наночастицы также могут быть использованы как люминесцентные сенсоры для определения ионов железа, меди и хрома в воде.

Содержание этих металлов в воде может быть опасно для человека и животных - их накопление в тканях организма влияет на метаболизм и может приводить к заболеваниям нервной и кровеносной систем, а также желудочно-кишечного тракта.

В будущем ученые планируют продолжить исследование, а также создать экспресс-тест для определения ионов тяжелых металлов в питьевой воде и сточных водах.

Исследование поддержано Российским фондом фундаментальных исследований (проект 20-33-70025 Влияние растворителя на динамику роста и строение металл-органических каркасных структур).

Ученые работали на базе кафедры лазерной химии и лазерного материаловедения СПбГУ с использованием оборудования ресурсных центров Научного парка СПбГУ, а также в научно-техническом Университете Сириус.