nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2026-1-151-159nuc-988Research ArticleСтатьиАТОМИСТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛУБОКИХ ЭВТЕКТИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ХОЛИН ХЛОРИДА И ГЛИЦЕРИНА И ИХ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ С АММИАКОМ ДЛЯ СЕНСОРНЫХ ПРИМЕНЕНИЙATOMISTIC INSIGHTS INTO CHOLINE CHLORIDE–GLYCEROL DEEP EUTECTIC SOLVENTS AND THEIR COMPLEXATION WITH AMMONIA FOR SENSOR APPLICATIONSУсенЕ. Б.UsenE. B.

Астана

Astana

https://orcid.org/0009-0009-2915-8462СатановаБ. М.SatanovaB. M.

Астана

Astana

satanova_bm_2@enu.kzНАО «Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилева»КазахстанNJSC “L.N. Gumilyov Eurasian National University”Kazakhstan20262504202601151159Copyright © Усен Е.Б., Сатанова Б.М., 20262026Усен Е.Б., Сатанова Б.М.Usen E.B., Satanova B.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/988

Аммиак – вредный загрязнитель воздуха, часто выбрасываемый промышленными предприятиями, сельскохозяйственными предприятиями и предприятиями по переработке отходов, представляющий серьезную угрозу для здоровья человека и окружающей среды. Поэтому разработка чувствительных, селективных и долговечных датчиков аммиака имеет решающее значение для точного мониторинга качества воздуха. Глубокие эвтектические растворители (ГЭР) на основе хлорида холина и глицерина представлены как привлекательные сенсорные среды благодаря их сильной способности к образованию водородных связей, настраиваемым физико-химическим характеристикам и экологической безопасности. Для изучения атомистических взаимодействий между аммиаком и ГЭР на основе хлорида холина и глицерина были использованы расчеты DFT. Была проведена оптимизация геометрии для определения наиболее стабильных комплексов ГЭР-аммиак, после чего были проведены обширные исследования электронной структуры. Перераспределение заряда было визуализировано с помощью карт молекулярного электростатического потенциала (МЭП), которые также позволили определить предпочтительные места взаимодействия для адсорбции аммиака. Анализ заряда по Малликену предоставил количественную информацию о путях переноса заряда во время образования комплекса, в то время как исследование граничных молекулярных орбиталей (HOMO-LUMO) показало изменения электронных характеристик, имеющих отношение к эффективности сенсора. Результаты показывают сильные и направленные взаимодействия между аммиаком и компонентами DES, которые преимущественно регулируются водородными связями и электростатическими силами, что приводит к заметным изменениям электронной структуры при присоединении аммиака. Эти результаты демонстрируют пригодность DES на основе хлорида холина и глицерина в качестве активных материалов для сенсоров аммиака. Будущие исследования будут сосредоточены на динамическом моделировании, влиянии температуры и экспериментальной проверке, чтобы связать атомистические открытия с практической разработкой сенсоров.

Ammonia is a harmful air pollutant that is frequently released by industrial activities, agricultural, and waste treatment facilities, posing major threats to human health and the environment. The development of sensitive, selective, and longlasting ammonia sensors is thus critical for accurate air-quality monitoring. Choline chloride-glycerol-based deep eutectic solvents (DESs) are presented as attractive sensing media due to their strong hydrogen-bonding capacity, customizable physicochemical features, and environmental friendliness. DFT computations were used to study the atomistic interactions between ammonia and the choline chloride-glycerol DES. Geometry optimizations were carried out to determine the most stable DES-ammonia complexes, followed by extensive electronic structure investigations. Charge redistribution was visualized using molecular electrostatic potential (MEP) maps, which also identified preferential interaction sites for ammonia adsorption. Mulliken charge analysis offered quantitative information about charge transfer pathways during complex formation, whereas frontier molecular orbital (HOMO-LUMO) study indicated changes in electronic characteristics relevant to sensing performance. The findings show strong and directed interactions between ammonia and DES components, which are predominantly regulated by hydrogen bonding and electrostatic forces, resulting in notable changes in electronic structure upon ammonia attachment. These results demonstrate the suitability of choline chloride-glycerol DESs as active materials for ammonia sensing. Future research will concentrate on dynamic simulations, temperature impacts, and experimental validation to connect atomistic discoveries with practical sensor development.

глубокие эвтектические растворителихолин хлорид–глицеринкомплексообразование аммиакаатомистическое моделированиеаммиачный сенсорdeep eutectic solventscholine chloride–glycerolammonia complexationatomistic simulationammonia sensorReferencesБулатников А. Ф., Зеленин В. П. Емкостный сенсор. – 1989.Bulatnikov A. F., Zelenin V. P. Emkostnyy sensor. – 1989.Ермаков С. С., Гурская А. В. Кислородный сенсор. – 2011.Ermakov S. S., Gurskaya A. V. Kislorodnyy sensor. – 2011.Хофмайр К., Мони А., Нагель Х. Индуктивный сенсор.Khofmayr K., Moni A., Nagel' Kh. Induktivnyy sensor.Ермаков С. С., Гурская А. В. Кислородный сенсор. – 2011.Ermakov S. S., Gurskaya A. V. Kislorodnyy sensor. – 2011.Середа Т. В. Сенсор для анализа жидкости // Образование, наука и молодежь-2020. – 2020. – С. 699–701.Sereda T. V. Sensor dlya analiza zhidkosti // Obrazovanie, nauka i molodezh'-2020. – 2020. – P. 699–701.Казаков А. П., Сердюк И. В., Блохин И. К. Термокаталитический сенсор. – 2005.Kazakov A. P., Serdyuk I. V., Blokhin I. K. Termokataliticheskiy sensor. – 2005.Феофанова, Мариана Александровна, и др. Сенсор для определения соталола. – 2014.Feofanova, Mariana Aleksandrovna, i dr. Sensor dlya opredeleniya sotalola. – 2014.Кормош Ж. и др. Потенциометрический сенсор для определения кетопрофена // Химико-фармацевтический журнал. – 2021. – Т. 55. – №. 12. – С. 61–64.Kormosh Zh. i dr. Potentsiometricheskiy sensor dlya opredeleniya ketoprofena // Khimiko-farmatsevticheskiy zhurnal. – 2021. – Vol. 55. – № 12. – P. 61–64.Басиладзе Г. Д. и др. Магнитооптический сенсор.Basiladze G. D. i dr. Magnitoopticheskiy sensor.Кормош Ж. и др. Потенциометрический сенсор для определения напроксена // Химико-фармацевтический журнал. – 2021. – Т. 55. – №. 1. – С. 62–64.Kormosh Zh. i dr. Potentsiometricheskiy sensor dlya opredeleniya naproksena // Khimiko-farmatsevticheskiy zhurnal. – 2021. – Vol. 55. – No. 1. – P. 62–64.Memar Z.O., Moosavi M. Ammonium-based deep eutectic solvents for sustainable CO₂ capture: insights from DFT, COSMO-RS, and MD simulations // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2026. – Vol. 28. – No. 2. – P. 1429– 1446.Memar Z.O., Moosavi M. Ammonium-based deep eutectic solvents for sustainable CO₂ capture: insights from DFT, COSMO-RS, and MD simulations // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2026. – Vol. 28. – No. 2. – P. 1429– 1446.Wang Q., Wang Y., Sun X., Wei L., Wei L., Zhai S., Hao J. Constructing ternary deep eutectic solvents with multiple sites for ammonia storage // International Journal of Hydrogen Energy. – 2022. – Vol. 47. – No. 80. – P. 34102–34111.Wang Q., Wang Y., Sun X., Wei L., Wei L., Zhai S., Hao J. Constructing ternary deep eutectic solvents with multiple sites for ammonia storage // International Journal of Hydrogen Energy. – 2022. – Vol. 47. – No. 80. – P. 34102–34111.Zhong F.Y., Zhou L., Shen J., Liu Y., Fan J.P., Huang K. Rational design of azole-based deep eutectic solvents for highly efficient and reversible capture of ammonia // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. – 2019. – Vol. 7. – No. 16. – P. 14170–14179.Zhong F.Y., Zhou L., Shen J., Liu Y., Fan J.P., Huang K. Rational design of azole-based deep eutectic solvents for highly efficient and reversible capture of ammonia // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. – 2019. – Vol. 7. – No. 16. – P. 14170–14179.Bertrand E., Himdi M., Rondeau D., Castel X., Delhaye T., Paquin L. The use of deep eutectic solvents as a promising approach in the design of microwave-based green gas sensors // RSC Sustainability. – 2024. – Vol. 2. – No. 4. – P. 1067–1073.Bertrand E., Himdi M., Rondeau D., Castel X., Delhaye T., Paquin L. The use of deep eutectic solvents as a promising approach in the design of microwave-based green gas sensors // RSC Sustainability. – 2024. – Vol. 2. – No. 4. – P. 1067–1073.Kazarina O.V., Agieienko V.N., Petukhov A.N., Vorotyntsev A.V., Atlaskina M.E., Atlaskin A.A., Kryuchkov S.S., Markov A.N., Nyuchev A.V., Vorotyntsev I.V. Deep eutectic solvents composed of urea and new salts of a choline family for efficient ammonia absorption // Journal of Chemical & Engineering Data. – 2021. – Vol. 67. – No. 1. – P. 138–150.Kazarina O.V., Agieienko V.N., Petukhov A.N., Vorotyntsev A.V., Atlaskina M.E., Atlaskin A.A., Kryuchkov S.S., Markov A.N., Nyuchev A.V., Vorotyntsev I.V. Deep eutectic solvents composed of urea and new salts of a choline family for efficient ammonia absorption // Journal of Chemical & Engineering Data. – 2021. – Vol. 67. – No. 1. – P. 138–150.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.