-Супергибридные металлоорганические каркасы на твердых подложках: блочная сборкаполифункциональных наноструктур из тетрапиррольных соединений, молекулярных проводникови оксида графена

Дизайн функциональных материалов с большим диапазоном практически важных свойств относится к одной из наиболее активно развивающихся областей современной науки. При этомособое внимание уделяется гибридным материалам, в которых за счет сочетания органических инеорганических составляющих удается добиться уникальной комбинации свойств и легкости ихрегулирования. Металлоорганические каркасы (МОК), или пористые координационные полимеры(ПКП) относятся к таким материалам. Отличительная особенность данного класса материаловзаключается в сочетании рекордно высокой удельной поверхности с исключительно широкими возможностями ее модификации при кристаллической упорядоченности структуры.К настоящему времени в проблеме синтеза лигандов, сборки и применения МОК, формируемых врастворах, достигнуто не только понимание места и значения этих структур для развитияиндустрии и обеспечения жизнедеятельности общества, но и осознана насущная необходимостьсоздания более дешевых и стабильных пористых материалов, в том числе, совместимых сразличными твердыми носителями. Недавние первые обнадеживающие результаты работ вобласти пленок и покрытий на основе МОК придали мощный импульс исследованиям в этомнаправлении. Бурный рост интереса к таким системам в первую очередь связан с возможностямииспользования МОК на поверхности (ПОВМОК) для создания различных фотонных и электронныхустройств, сенсоров и других миниатюрных приборов. В силу особых структурных свойствПОВМОК, методы их сборки существенно отличаются от традиционного синтеза МОК в объемераствора. Способ обработки (модифицирования) поверхности и формирования каркаснойструктуры на ней, как правило, специфичен для заданного МОК и требует создания специального темплатного слоя c определенными функциональными группами. Предлагаемая в проектестратегия синтеза ПОВМОК позволяет устранить это препятствие путем использования блочной сборки суперструктуры из энергетически и геометрически сходных ароматических соединений,которые выступают как в качестве функциональных элементов планарной системы (МОК,изоляторов или проводников), так и в роли темплат для ее постройки. Серьезной проблемой,ограничивающей использование ПОВМОК в этих областях, наряду с такими, как преобразованиесолнечной энергии, разделительные мембраны, селективные катализаторы и датчики, являетсянеобходимость строгого количественного и качественного контроля характеристик ультратонкихпленок и покрытий.Проблема МОК имеет ярко выраженный междисциплинарный характер, что следует уже изназвания этой области. Неорганическая и органическая химия разрабатывает компонентыструктур и изучает их свойства. Супрамолекулярная химия ответственна за сборку (самосборку)каркасов, физическая химия – за исследование свойств пористых материалов, нанотехнологияобъясняет особые свойства и определяет тонкую структуру этих наноразмерных объектов. Вслучае тонких пленок МОК на подложках проблема усложняется в связи с наличием поверхностираздела и специфическими условиями сборки, что требует привлечения еще одной дисциплины –физики и химии поверхности.Предлагаемые в настоящем Проекте подходы впервые решают несколько актуальных задачполучения поверхностных МОК. Прежде всего, это относится к возможности исключить стадиюформирования самоорганизованных монослоев в качестве темплат, повсеместноиспользующихся при формировании ПОВМОК. Также впервые в Проекте предусмотрено получение супергибридных МОК – новых материалов, в которых структурно объединены впланарные блоки функциональные МОК, двумерные частицы оксида графена и ультратонкие слоиорганического проводящего материала. Лабильность предлагаемых дизайнерских решений вотношении сборки этих суперструктур базируется на использовании водорастворимых иводонерастворимых лигандов и поверхности раздела воздух/жидкость в качестве инструмента,определяющего направление сборки и назначение конечного продукта.Качественное разнообразие строительных элементов супергибридных МОК должно привести кулучшению количественных параметров материалов, что в конечном итоге создаст предпосылкидля революционного преобразования в применении металлоорганических каркасов всоответствующих областях.Наноразмерные слоевые структуры с чередующимися проводящими, изолирующими ифункциональными слоями могут быть использованы в качестве активных и пассивных элементовоптоэлектронных и электронных устройств, причем имеется возможность не только допироватьпористую структуру МОК-блока молекулами, кластерами и наночастицами, но и использоватьпротяженные готовые структуры в литографическом процессе.Совокупность предлагаемых в проекте оригинальных решений и современных экспериментальныхметодов позволяет рассчитывать на получение принципиально новых результатов в такой высококонкурентной области как физикохимия новых наноматериалов. Благодаря этому, будет развитоновое научное направление, приоритет в котором принадлежит российской научной школеколлоидной химии и физикохимии супрамолекулярных систем.Достижение поставленных в проекте целей обеспечено значительным опытом авторскогоколлектива в выполнении инновационных, сложных по замыслу и непростых поэкспериментальному исполнению задач, относящихся к получению и исследованию ультратонкихорганизованных пленок и покрытий из фотохромных, редокс-активных соединений, полимеров инаночастиц для сенсорики, фотоники и электроники. Использование комплекса современныхметодов исследования, имеющихся в распоряжении ИФХЭ РАН, ИОНХ РАН и МГУ (в том числе и врамках ЦКП) обеспечит получение полной информации о структуре и свойствах супергибридныхсистем на различных этапах их формирования.В результате выполнения проекта будут разработаны базовые принципы управления сборкой сложных многокомпонентных блочных МОК-систем и предложены технологические подходы кполучению новых материалов и устройств с уникальными по своей структуре и функциональности характеристиками.