Термодинамика, поверхностные и электроповерхностные свойства коллоидных наносистем

Важнейшие публикации (с аннотацией)
Volkova A.V., Savelev D.A., Vodolazhskii V.A., Evgenia V. Golikova E.V., Ermakova L.E. Structure formation in concentrated aqueous dispersions of detonation nanodiamond: experiment and theory. Diamond&RelatedMaterials. 2025. Vol. 156. № 112418. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2025.112418
Экспериментально и теоретически изучено структурообразование в концентрированных полидисперсных водных дисперсиях детонационного наноалмаза в зависимости от содержания твердой фазы (0.2 – 2 вес %) и концентрации электролита (10-4 М – 10-1 MNaCl). Определены значения вязкости методом ротационной вискозиметрии и тип седиментации методом наблюдения за изменением седиментационного объема во времени. Энергия парного взаимодействия одноразмерных и разноразмерных первичных агрегатов наночастиц рассчитана в рамках классической и расширенной теории ДЛФО при условии постоянства поверхностного заряда с использованием эффективной константы Гамакера, учитывающей пористую структуру агрегата. Результаты расчета использованы для построения суммарных потенциальных кривых взаимодействия трех частиц. Показано, что расчеты при учете коллективных взаимодействий в рамках расширенной теории ДЛФО вполне могут быть использованы для уточнения экспериментальных данных и прогноза устойчивости концентрированных дисперсий ДНА.

Vanin A.A., Volkov N.A., Brodskaya E.N., Shchekin A.K., Turnaeva E.A., Polovinkin M.S., EroshkinYu.A. Molecular Dynamics Calculation of Interfacial Tension in a Two-Phase Liquid Hydrocarbon–Water–Surfactant System: From Rarefied to Superdense Surfactant Monolayer. Russ. J. Phys. Chem. 2024. Vol. 98. P. 1997–2006. DOI: 10.1134/S0036024424701139
Предложен способ вычисления низких значений межфазного натяжения (МФН) на основе молекулярно-динамического моделирования систем со сверхплотной упаковкой молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ) на межфазной границе вода – жидкий углеводород. Методом молекулярной динамики с использованием полноатомных и грубозернистых моделей выполнены расчеты межфазного натяжения в двухфазных системах вода–алкан (декан, додекан) в присутствии различных индивидуальных ПАВ. Были рассмотрены следующие ионные и неионные ПАВ: додецилсульфат натрия (ДСН), хлорид цетилтриметиламмония (ЦТАХ), додецилбензолсульфонат натрия (ДБСН), децет-6 сульфат натрия C10E6SO4Na, монодециловый эфир гексаэтиленгликоля (C10E6), монононадециловый эфир триэтиленгликоля (C19E3), монододециловыйэфир октапропоксипентаэтиленгликоля (C12P8E5). Показано, что увеличение адсорбции ПАВ допредельных значений снижает межфазное натяжение вплоть до нуля.

Kalninia Y.K., Viskov M.A., Gladchuk A.S., Sukhodolov N.G., Reinyuk V.L., Podolskaya E.P. MALDI target functionalization with deposited thin films of lanthanum stearate – An efficient tool for in situ enrichment of human globin adducts of chlorinated organic compounds. MicrochemicalJournal. 2024. Vol. 205. № 111300
Методология «Lab-on-a-plate» включает в себя ряд различных подходов, направленных на сокращение обширной обработки образцов для анализа методом лазерной десорбции/ионизационной масс-спектрометрии с помощью матрицы (MALDI-MS). В последнее время нами предложены два подхода к обогащению хлорсодержащих аддуктов человеческого глобина (HHb) в формате «лаборатория на планшете», основанные на различных методах нанесения сорбента на целевые точки MALDI: (i) бескапельноеэлектронапыление наночастиц оксида металла и (ii) осаждение тонких пленок стеарата лантана (FLa). Последний подход оказался более эффективным по времени и затратам и, следовательно, представляется более перспективным. В данной работе мы оценили количественные характеристики (чувствительность, селективность) «тонкопленочной» процедуры с целью оценки ее аналитического потенциала. FLa-модифицированную мишень MALDI использовали для точечного обогащения HHb аддуктов из триптических перевариваний белка, инкубированного с двумя модельными моно- и дихлорсодержащими алкилирующими агентами. Чувствительность методики находится в пределах сотен фмоля. Кроме того, процедура на основе FLa демонстрирует высокую селективность (максимальное молярное соотношение модифицированной/немодифицированной формы LLGNVLVC112VLAHHFGK составляет 1:500). В качестве примера можно привести экстракцию аддуктов HHb на пластине, образующихся в результате взаимодействия белка с метаболитами диклофенака, генерируемыми invitro, на FLa-функционализированных пятнах. Это привело к специфической экстракции аддуктов HHb с двумя продуктами окисления диклофенака из триптического расщепления модифицированного HHb. Разработанный подход представляется эффективным для обогащения insitu хлорсодержащих аддуктов HHb.

Rusanov A. I., Movchan T. G., Plotnikova E. V. First Observation of Protomicelles in the System with a Non-Colloidal Surfactant. ColloidsandInterfaces. 2023. Vol. 7. № 2. № 32. 32. https://doi.org/10.3390/colloids7020032
Впервые исследована система нильский красный (НК) – вода – гептанол (поверхностно-активное вещество – ПАВ – не образующим мицелл). Изучена зависимость растворимости НК от концентрации гептанола в водном растворе. Эксперименты проводились при заданном химическом потенциале НК, который обеспечивался избытком твердой фазы НК. Теоретически и экспериментально установлено существование эффекта солюбилизации: увеличение растворимости НК с увеличением концентрации гептанола в растворе. Установлено, что в такой системе образуются гептаноловыепротомицеллы с солюбилизирующим ядром в виде молекулы НК, так что в отсутствие мицелл протомицеллы берут на себя всю солюбизационную нагрузку. По экспериментальным данным была рассчитана концентрация образования протомицелл, которую также можно принять за концентрацию мономеризации НК в водном растворе, так как образование протомицелл препятствует агрегации красителя. На основании полученных результатов были сделаны следующие обобщения: (1) неколлоидные поверхностно-активные вещества, хотя и не дают мицелл, способны образовывать протомицеллы; и (2) неколлоидные поверхностно-активные вещества могут служить практическим средством мономеризации красителей.

Ermakova L., Kuznetsova A., Girsova M.A., Volkova A., Antropova T. Electrokinetic Properties of Mesoporous Vitreous Membranes Doped by Silver-Silver Halides. Membranes. 2023.Vol. 13.Issue 2.№ 126.https://doi.org/10.3390/membranes13020126
Материалы из серебра/галогенида серебра считаются эффективными и высокостабильными плазмонными фотокатализаторами для разложения органических загрязнителей и выделения водорода в результате расщепления воды при солнечном облучении, также они обладают высокой антибактериальной активностью. Мезопористые кремнеземные материалы, в том числе пористые стекла, считаются наиболее перспективной матрицей для структуры, содержащих серебро. В настоящей работе стеклообразные мембраны, легированные Ag/AgHal (Hal = Cl, Br) на основе мезопористых стекол готовили путем поэтапной одноступенчатой пропитки силикатных матриц. Химический и фазовый состав модифицированных мембран был изучен с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рентгеновской дифракции и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Структура и морфология внутреннего мембранного пространства были изучены с помощью сканирующей электронной микроскопии Электрокинетические свойства серебросодержащих с стеклообразныех мембран определены дифференциальным методом и методом потенциала течения. Внутреннее пространство композиционной мембраны видоизменяется неравномерно и характеризуется появлением четко очерченных областей с разным содержанием серебра. Для мембраны толщиной 1 мм со средним радиусом пор 23 нм обнаружено формирование кластеров Ag/AgCl вместе с отдельными наночастицами распределенными по толщине образца. Модификация порового пространства Ag-содержащим структурам и тип галогенид-ионов практически не влияют на электрохимические свойства мезопористых стеклообразных мембран.

Cizman A., Idczak K., Krupinski M., Girsova M., Zarzycki A., Rysiakiewicz-Pasek E., Zielony E., Staniorowski P., Wrzesinska P., Perlikowski I., Jach E., Ermakova L., Antropova T. Comprehensive studies of activity of Ni in inorganic sodium borosilicate glasses doped with nickel oxide. Applied Surface Science.2021. Vol. 558.№ 149891.
Боросиликатные стекла, содержащие оксид никеля (SBS), получали путем добавления оксида никеля в процессе варки стекла. Поверхность образцов, их структуру и физические свойства исследовали с использованием различных комплементарных методов. Химический состав стекол определяли стандартными аналитическими методами. Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDXS) использовалась для элементного анализа поверхности стекол. Характеристику структуры стекла проводили с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM), инфракрасной (FTIR) и рамановской спектроскопии с преобразованием Фурье до и после погружения стекол в раствор HCl. SEM использовался для наблюдения за морфологическими изменениями поверхностей образцов при погружении в HCl. Атомное соотношение конечного результивного продукта получено методом рентгеновской фотоэлектрон-спектроскопии (XPS). Динамическая импедансная спектроскопия (DIS) выявила наличие различных релаксационных процессов, связанных с добавлением оксида никеля в структуру SBS, при этом магнитные исследования выявили антиферромагнитные свойства, связанные с наличием примеси. Показано, что магнитная восприимчивость стекол коррелирует с содержанием бора, что, вероятно, связано с увеличением содержания Ni2+ в октаэдрической координации.

Патенты

1. Смирнов А.Н., Шарыпин В.В., Голикова Е.В., Волкова А.В. Способ получения оптической нанокерамики на основе оксида алюминия. Патент № 2571777. Дата приоритета 26.11.2014