Новости

Oct 20, 2023

Разделение ионов ртути с помощью 2

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 11287 (2023) Цитировать эту статью 318 Доступы Показатели Подробности В качестве мотива для

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 11287 (2023) Цитировать эту статью

318 Доступов

Подробности о метриках

Комплекс «хозяин-гость» 2-тиенилбензимидазол (TBI)/кукурбит[7]урил (CB7) использовался в качестве мотива для значительного улучшения оборота магнитных наночастиц γ-Fe3O4 для потенциального применения при отделении токсичных ионов ртути в пробах загрязненной воды. Механизм восстановления исходных твердых материалов основан на применении контролируемого pH предпочтительного связывания хозяина CB7 с гостем ЧМТ. Аналитическое применение этой концепции в литературе не реализовано. Способность реагировать на стимулы, контролируемая pH, была подтверждена в водном растворе константой стабильности протонированного комплекса TBIH+/CB7, которая на три порядка выше (например, K = 4,8 × 108 M-1) по сравнению с нейтральным комплексом TBI/CB7. (например, K = 2,4 × 105 М–1), что также проявляется в увеличении значений pKa на ~3,3 единицы в основном состоянии. Супрамолекулярное взаимодействие и адсорбция на наночастицах оксида железа (НЧ) также были подтверждены спектроскопически в твердом состоянии. Значения времени жизни в возбужденном состоянии TBI/CB7NP увеличивались при понижении значений pH (например, с 0,6 до 1,3 нс) с сопутствующим синим сдвигом ~ 25 нм из-за эффектов полярности. Фотолюминесцентное поведение конечных твердых веществ с разрешением во времени в присутствии CB7 обеспечило возможность использования pH-зависимых систем многократного использования для улавливания токсичных ионов ртути. Исследование предлагает уникальный подход к контролируемому разделению ионов ртути с использованием внешнего магнита и в зависимости от pH посредством преимущественного связывания хозяина с молекулами гостя на верхней части магнитных поверхностей.

В последнее время наиболее значительная разработка наноструктурированных материалов с чувствительными к стимулам и переключаемыми функциями была достигнута с использованием супрамолекулярной химии «хозяин-гость»1,2,3. Чтобы обойти синтетические опасности, исследователи сосредотачиваются на нековалентных взаимодействиях поверх традиционных органических ковалентных связей4,5,6,7,8,9,10. Нековалентное взаимодействие (например, диполь-дипольное взаимодействие, взаимодействие Ван-дер-Ваальса и водородная связь) играло ведущую роль в супрамолекулярном подходе «хозяин-гость», когда небольшие органические молекулы (гость) удерживались внутри нанополости, содержащей макроцикл-хозяин4,5 ,6,7,8,9,10. Вдохновленные спецификой нековалентных взаимодействий, мы исследовали разработку передовых материалов на основе взаимодействия «хозяин-гость» для мониторинга качества воды11,12,13.

Применение кукурбитурилов (CBn, n = 6, 7, 8, 10; рис. 1) для взаимодействия с небольшими флуоресцентными молекулами было реализовано в литературе, где кукурбитурилы модулируют pKas (состояния протонирования) встроенных гостей, таких как бензимидазолы14. Следовательно, было показано, что сдвиги pKa, индуцированные CBn, устанавливают управляемый pH контроль над секвестрацией и высвобождением молекул гостя14, 15. Удержание и высвобождение гостя в ответ на стимулы pH также использовались для создания чувствительных к стимулам наноструктурных материалов16.

Схематическое изображение наночастиц, нагруженных TBI/CB7, с контролируемым pH. Также показаны химические структуры флуоресцентного зонда TBI и макроциклов кукурбитурила CB7. В зависимости от протонирования/депротонирования азота в положении-3 могут существовать две формы координирующего лиганда: TBI и TBIH+.

С другой стороны, красители, инкапсулированные CB7, адсорбируются на поверхности металлических наночастиц17,18,19,20,21 для доставки лекарств18, магнитно-резонансной томографии20 и изготовления материалов для солнечных батарей19. Магнитные наночастицы оксида железа (γ-Fe3O4) специально использовались для химического обнаружения и зондирования22. Его использовали для обнаружения ртути с использованием водорастворимого циклодекстрина и растворителей в качестве триггера переключения11.

В этой работе мы продемонстрировали pH-чувствительную поверхность наночастиц оксида железа (НЧ), покрытых наноконтейнером CB7, который инкапсулирует флуоресцентный краситель на основе бензимидазола (2-тиенилбензимидазол) TBI, рис. 123. Таким образом, нынешний подход к супрамолекулярным наноматериалам имеет гораздо больше возможностей для многократного использования этих твердых материалов, реагируя на триггеры pH (в отличие от использования растворителя)11.