Effect of Characteristics of Polymer Microgel Catalysts on the Efficiency of Interfacial Catalysis

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Effect of the architecture and composition of a hydrophilic microgel catalyst on the rate of interfacial catalytic reaction proceeding at the water/oil interface and involving reagents dissolved in opposite phases is studied using dissipative particle dynamics simulations. It is shown that a decrease in the crosslinking density of the microgel, the existence of a cavity in its architecture, an increase in its size, the incorporation the hydrophobic comonomers into a macromolecule, and a rise in the degree of solubility of a network macromolecule in oil contribute to acceleration of the catalytic reaction due to increase of the area of the water–oil–microgel contact and growth of the number of contacts between reagents and catalytic groups. However, in the case of amphiphilic microgels and microgels soluble in both phases, the acceleration of the reaction is restrained by a low rate of reagents diffusion and a rapid reduction in the concentration of reagents in the vicinity of catalytic sites.

About the authors

M. V. Anakhov

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: igor@polly.phys.msu.ru
119991, Moscow, Russia

R. A. Gumerov

Faculty of Physics, Moscow State University

Email: igor@polly.phys.msu.ru
119991, Moscow, Russia

I. I. Potemkin

Faculty of Physics, Moscow State University

Author for correspondence.
Email: igor@polly.phys.msu.ru
119991, Moscow, Russia

References

  1. Karg M., Pich A., Hellweg T., Hoare T., Lyon L.A., Crassous J.J., Suzuki D., Gumerov R.A., Schneider S., Potemkin I.I., Richtering W. // Langmuir. 2019. V. 35. № 19. P. 6231.
  2. Anakhov M.V., Gumerov R.A., Potemkin I.I. // Mendeleev Commun. 2020. V. 30. № 5. P. 555.
  3. Richtering W. // Langmuir. 2012. V. 28. № 50. P. 17218.
  4. Li Z., Ngai T. // Nanoscale. 2013. V. 5. № 4. P. 1399.
  5. Wechsler M.E., Stephenson R.E., Murphy A.C., Oldenkamp H.F., Singh A., Peppas N.A. // Biomed. Microdevices. 2019. V. 21. № 2. P. 31.
  6. Dirksen M., Dargel C., Meier L., Brändel T., Hellweg T. // Colloid Polym. Sci. 2020. V. 298. № 6. P. 505.
  7. Van Tran V., Park D., Lee Y.C. // Environ. Sci. Pollut. Res. 2018. V. 25. № 25. P. 24569.
  8. Naseem K., Hussain Farooqi Z., Zia Ur Rehman M., Atiq Ur Rehman M., Ghufran M. // Rev. Chem. Eng. 2019. V. 35. № 2. P. 285.
  9. Kozhunova E.Y., Komarova G.A., Anakhov M.V., Gumerov R.A., Potemkin I.I. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022. V. 14. № 51. P. 57244.
  10. Wiese S., Spiess A.C., Richtering W. // Angew. Chem. Int. Ed. 2013. V. 52. № 2. P. 576.
  11. Ajmal M., Demirci S., Siddiq M., Aktas N., Sahiner N. // New J. Chem. 2016. V. 40. № 2. P. 1485.
  12. Shah L.A., Haleem A., Sayed M., Siddiq M. // J. Environ. Chem. Eng. 2016. V. 4. № 3. P. 3492.
  13. Borrmann R., Palchyk V., Pich A., Rueping M. // ACS Catal. 2018. V. 8. № 9. P. 7991.
  14. Tan K.H., Xu W., Stefka S., Demco D.E., Kharandiuk T., Ivasiv V., Nebesnyi R., Petrovskii V.S., Potemkin I.I., Pich A. // Angew. Chemie Int. Ed. 2019. V. 58. № 29. P. 9791.
  15. Kleinschmidt D., Fernandes M.S., Mork M., Meyer A.A., Krischel J., Anakhov M.V., Gumerov R.A., Potemkin I.I., Rueping M., Pich A. // J. Colloid Interface Sci. 2020. V. 559. P. 76.
  16. Kleinschmidt D., Nothdurft K., Anakhov M.V., Meyer A.A., Mork M., Gumerov R.A., Potemkin I.I., Richtering W., Pich A. // Mater. Adv. 2020. V. 1. № 8. P. 2983.
  17. Sabadasch V., Dirksen M., Fandrich P., Cremer J., Biere N., Anselmetti D., Hellweg T. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022. V. 14. № 43. P. 49181.
  18. Dubey N.C., Gaur D., Tripathi B.P. // J. Polym. Sci. 2023.
  19. Gumerov R.A., Rumyantsev A.M., Rudov A.A., Pich A., Richtering W., Möller M., Potemkin I.I. // ACS Macro Lett. 2016. V. 5. № 5. P. 612.
  20. Bochenek S., Camerin F., Zaccarelli E., Maestro A., Schmidt M.M., Richtering W., Scotti A. // Nat. Commun. 2022. V. 13. № 1. P. 3744.
  21. Gumerov R.A., Filippov S.A., Richtering W., Pich A., Potemkin I.I. // Soft Matter. 2019. V. 15. № 19. P. 3978.
  22. Gumerov R.A., Anakhov M.V., Potemkin I.I. // Dokl. Chem. 2023. accepted.
  23. Hoogerbrugge P.J., Koelman J.M.V.A. // Europhys. Lett. 1992. V. 19. № 3. P. 155.
  24. Español P., Warren P. // Europhys. Lett. 1995. V. 30. № 4. P. 191.
  25. Groot R.D., Warren P.B. // J. Chem. Phys. 1997. V. 107. № 11. P. 4423.
  26. Biglione C., Neumann-Tran T.M.P., Kanwal S., Klinger D. // J. Polym. Sci. 2021. V. 59. № 22. P. 2665.
  27. Goicochea A.G., Romero-Bastida M., López-Rendón R. // Mol. Phys. 2007. V. 105. № 17–18. P. 2375.
  28. Thompson A.P., Aktulga H.M., Berger R., Bolintineanu D.S., Brown W.M., Crozier P.S., in ’t Veld P.J., Kohlmeyer A., Moore S.G., Nguyen T.D., Shan R., Stevens M.J., Tranchida J., Trott C., Plimpton S.J. // Comput. Phys. Commun. 2022. V. 271. P. 108171.
  29. Wang H. // Catalysts. 2019. V. 9. № 3. P. 244.
  30. Kaneko S., Kumatabara Y., Shirakawa S. // Org. Biomol. Chem. 2016. V. 14. № 24. P. 5367.
  31. Vianello C., Piccolo D., Lorenzetti A., Salzano E., Maschio G. // Ind. Eng. Chem. Res. 2018. V. 57. № 34. P. 11517.
  32. Schmidt F., Cokoja M. // Green Chem. 2021. V. 23. № 2. P. 708.
  33. Stukowski A. // JOM. 2014. V. 66. № 3. P. 399.
  34. Nayak S., Gan D., Serpe M.J., Lyon L.A. // Small. 2005. V. 1. № 4. P. 416.
  35. Geisel K., Rudov A.A., Potemkin I.I., Richtering W. // Langmuir. 2015. V. 31. № 48. P. 13145.
  36. Voevodin V.V., Antonov A.S., Nikitenko D.A., Shvets P.A., Sobolev S.I., Sidorov I.Y., Stefanov K.S., Voevodin V.V., Zhumatiy S.A. // Supercomput. Front. Innov. 2019. V. 6. № 2. P. 4.

Supplementary files


Copyright (c) 2023 М.В. Анахов, Р.А. Гумеров, И.И. Потемкин

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».