Синтез наночастиц оксида меди(II) методом анионообменного осаждения и получение стабильных гидрозолей на их основе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Наночастицы оксида меди(II) являются перспективным материалом для применения в катализе, биомедицине и фотовольтаике, а также могут быть использованы для получения нанокомпозитов и гибридных наночастиц. Представлен новый метод синтеза наночастиц CuO, позволяющий получать их в одну стадию без длительной отмывки и термообработки. Предложенный метод анионообменного осаждения является простым, быстрым и легко воспроизводимым в обычных лабораторных условиях. Показано, что в ходе анионообменного осаждения меди в присутствии полисахарида декстрана-40 из растворов хлорида и сульфата меди образуются хорошо окристаллизованные гидроксосоли Cu2Cl(OH)3 и Cu4(SO4)(OH)6 соответственно, а из нитрата меди – слабоокристаллизованная фаза Cu(OH)2. Без полисахарида, независимо от природы аниона исходной соли, формируются наночастицы оксида меди. Полученные материалы использованы для получения гидрозолей, обладающих, как показано методами динамического и электрофоретического светорассеяния, высокой агрегативной и седиментационной устойчивостью в широком диапазоне pH (от 5 до 11) и сохраняющих свою стабильность при концентрации 2 г/л более 3 мес. (гидродинамический диаметр 245 нм; ζ-потенциал –31.1 мВ). На основании исследования оптических и электронных свойств полученных гидрозолей установлено, что они могут представлять интерес для фотокатализа и применения в оптоэлектронных устройствах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Ю. Павликов

Сибирский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: apavlikov98@mail.ru
Россия, Свободный пр-т, 79, Красноярск, 660041

С. В. Сайкова

Сибирский федеральный университет; Институт химии и химической технологии СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: apavlikov98@mail.ru
Россия, Свободный пр-т, 79, Красноярск, 660041; Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

А. С. Самойло

Сибирский федеральный университет

Email: apavlikov98@mail.ru
Россия, Свободный пр-т, 79, Красноярск, 660041

Д. В. Карпов

Сибирский федеральный университет; Институт химии и химической технологии СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: apavlikov98@mail.ru
Россия, Свободный пр-т, 79, Красноярск, 660041; Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

С. А. Новикова

Институт химии и химической технологии СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: apavlikov98@mail.ru
Россия, Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

Список литературы

  1. Poreddy R., Engelbrekt C., Riisager A. // Catal. Sci. Technol. 2015. V. 5. P. 2467. https://doi.org/10.1039/C4CY01622J
  2. Aroob S., Carabineiro S.A.C., Taj M.B. et al. // Catalysts. 2023. V. 13. P. 502. https://doi.org/10.3390/catal13030502
  3. Grigore M.E., Biscu E.R., Holban A.M. et al. // Pharmaceuticals. 2016. V. 9. P. 75. https://doi.org/10.3390/ph9040075
  4. Lim Y.-F., Choi J.J., Hanrath T. // J. Nanomater. 2012. V. 2012. P. 4. https://doi.org/10.1155/2012/393160
  5. Мокрушин А.С., Горбань Ю.М. и др. // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 4. С. 557.
  6. Katowah D.F., Saleh S.M., Alqarni S.A. et al. // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 5056. https://doi.org/10.1038/s41598-021-84540-y
  7. Kulkarni R., Kunwar S., Mandavkar R. et al. // Nanomaterials. 2020. V. 10. P. 2034. https://doi.org/10.3390/nano10102034
  8. Ghosh A., Miah M., Bera A. et al. // J. Alloys Compd. 2021. V. 862. P. 158549. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.158549
  9. Kano E., Kvashnin D.G., Sakai S. et al. // Nanoscale. 2017. V. 9. № 11. P. 3980. https://doi.org/10.1039/c6nr06874j
  10. Coogan Á., Hughes L., Pursell-Milton F. et al. // J. Phys. Chem. C. 2022. V. 126. № 44. P. 18980. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.2c06540
  11. Siddiqui H., Parra M.R., Pandey P. et al. // J. Sci-Adv. Mater. Dev. 2020. V. 5. P. 104. https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2020.01.004
  12. Kayani Z.N., Umer M., Riaz S. // J. Electron. Mater. 2015. V. 44. P. 3704. https://doi.org/10.1007/s11664-015-3867-5
  13. Arunkumar B., Johnson Jeyakumar S., Jothibas M. // Optik. 2019. V. 183. P. 698. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2019.02.046
  14. Wongpisutpaisan N., Charoonsuk P., Vittayakorn N., Pecharapa W. // Energy Procedia. 2011. V. 9. P. 404. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2011.09.044
  15. Silva N., Ramírez S., Díaz I. et al. // Materials. 2019. V. 12. P. 804. https://doi.org/10.3390/ma12050804
  16. Claros M., Gràcia I., Figueras E., Vallejos S. // Chemosensors. 2022. V. 10. P. 353. https://doi.org/10.3390/chemosensors10090353
  17. Zhu J., Li D., Chen H. et al. // Mater. Lett. 2004. V. 58. P. 3324. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2004.06.031
  18. Rujun W., Zhenye M., Zhenggui G., Yan Y. // J. Alloys Compd. 2010. V. 504. P. 45. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.05.062
  19. Phiwdang K., Suphankij S., Mekprasart W., Pecharapa W. // Energy Procedia. 2013. V. 34. P. 740. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.06.808
  20. Вулих А.И. Ионный обмен. М.: Химия, 1973. 232 с.
  21. Сайкова С.В., Пашков Г.Л., Пантелеева М.В. Реакционно-ионообменные процессы извлечения цветных металлов и синтеза дисперсных материалов. Красноярск, 2018. 198 с.
  22. Сайкова С.В., Трофимова Т.В., Павликов А.Ю., Самойло А.С. // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 3. С. 287.
  23. El-Nahhal I.M., Elmanama A.A., Amara N. et al. // Mater. Chem. Phys. 2018. V. 215. P. 221. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2018.05.012
  24. Iqbal Z., Siddiqui V.U., Alam M. et al. // AIP Conf. Proc. 2020. V. 2276. P. 020010. https://doi.org/10.1063/5.0025688
  25. Blinov A.V., Gvozdenko А.А., Yasnaya М.А. et al. // Her. Bauman Moscow State Tech. Univ. Ser. Nat. Sci. 2020. V. 3. P. 56. https://doi.org/10.18698/1812-3368-2020-3-56-70
  26. Aureen Albert A., Harris Samuel D.G., Parthasarathy V. et al. // Chem. Eng. Commun. 2019. V. 207. P. 319. https://doi.org/10.1080/00986445.2019.1588731
  27. El Sayed A.M., El-Gamal S., Morsi W.M. et al. // J. Mater. Sci. 2015. V. 50. P. 4717. https://doi.org/10.1007/s10853-015-9023-z
  28. Казимирова К.О., Штыков С.Н. // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Серия: Химия. Биология. Экология. 2018. Т. 18. № 2. С. 126. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2018-18-2-126-133
  29. Arena A., Scandurra G., Ciofi C. // Sensors. 2017. V. 17. P. 2198. https://doi.org/10.3390/s17102198
  30. Mikhlin Y.L., Vishnyakova E.A., Romanchenko A.S. et al. // Appl. Surf. Sci. 2014. V. 297. P. 75. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.01.081
  31. Vorobyev S., Vishnyakova E., Likhatski M. et al. // Nanomaterials. 2019. V. 9. P. 1525. https://doi.org/10.3390/nano9111525
  32. Карпов Д.В. // Металлургия цветных, редких и благородных металлов. 2022. С. 119.
  33. Карпов Д.В., Воробьев С.А., Антипова Ю.В. и др. // Химическая наука и образование Красноярья. 2022. С. 37
  34. Mudunkotuwa I.A., Grassian V.H. // J. Am. Chem. Soc. 2010. V. 132. P. 14986. https://doi.org/10.1021/ja106091q
  35. Field T.B., McCourt J.L., McBryde W.A.E. // Can. J. Chem. 1974. V. 52. P. 3119. https://doi.org/10.1139/v74-458
  36. Dheyab M.A., Aziz A.A., Jameel M.S. et al. // Sci. Rep. 2020. V. 10. P. 10793. https://doi.org/10.1038/s41598-020-67869-8
  37. Goodarzi A., Sahoo Y., Swihart M.T. et al. // MRS Online Proceedings Library. 2003. V. 789. P. 23. https://doi.org/10.1557/PROC-789-N6.6
  38. Saikova S., Pavlikov A., Trofimova T. et al. // Metals. 2020. V. 11. № 5. P. 705. https://doi.org/10.3390/met11050705
  39. Saikova S., Pavlikov A., Karpov D. et al. // Materials. 2023. V. 16. P. 2318. https://doi.org/10.3390/ma16062318
  40. Васильев В.П., Золоторёв Е.К., Капустинский А.Ф. // Журн. физ. химии. 1960. Т. 34. № 8. С. 1761.
  41. Сайкова С.В., Пашков Г.Л., Пантелеева М.В. и др. // Журнал Сибирского федерального университета. Химия. 2011. Т. 4. № 4. С. 329.
  42. Pashkov G.L., Saikova S.V., Panteleeva M.V. et al. // Theor. Found. Chem. Eng. 2014. V. 48. P. 671. https://doi.org/10.1134/S0040579514050066
  43. Saikova S.V., Panteleeva M.V., Nikolaeva R.B. et al. // Russ. J. Appl. Chem. 2002. V. 75. P. 1787. https://doi.org/10.1023/A:1022249817628
  44. Livage J., Henry M., Sanchez C. // Prog. Solid State Chem. 1988. V. 18. P. 259. https://doi.org/10.1016/0079-6786(88)90005-2
  45. Norkus E., Vaičiūnien J., Vuorinen T. et al. // Carbohydrate Polymers. 2002. V. 50. P. 159. https://doi.org/10.1016/s0144-8617(02)00056-5
  46. Cudennec Y., Lecerf A. // Solid State Sci. 2003. V. 5. P. 1471. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2003.09.009
  47. Singh D.P., Ojha A.K., Srivastava O.N. // J. Mater. Chem. C. 2009. V. 113. P. 3409. https://doi.org/10.1021/jp804832g
  48. Vaseem M., Hong A.R., Kim R.T. et al. // J. Mater. Chem. C. 2013. V. 1. P. 2112. https://doi.org/10.1039/C3TC00869J
  49. Nikolić G.S., Cakić M.D. // New Analytical Approaches and FTIR Strategies. 2011. https://doi.org/10.5772/16133
  50. Savic I., Nikolic G., Cakic M. // Acta Chromatogr. 2010. V. 22. P. 375. https://doi.org/10.1556/AChrom.22.2010.3.3
  51. Evsevskaya N., Pikurova E., Saikova S.V. et al. // ACS Omega. 2020. V. 5. P. 4542. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b03877
  52. Сайкова С.В., Киршнева Е.А., Пантелеева М.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2019. Т. 64. № 10. С. 1013.
  53. Сайкова С.В., Пашков Г.Л. Пантелеева М.В. и др. // Журнал Сибирского федерального университета. Химия. 2010. Т. 3. № 1. С. 27.
  54. Shinohara S., Eom N., The E.-J. et al. // Langmuir. 2018. V. 34. P. 2595. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.7b03116
  55. Kosmulski M. // Adv. Colloid Interface Sci. 2016. V. 238. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.cis.2016.10.005
  56. Parks G.A. // Chem. Rev. 1965. V. 65. P. 177. https://doi.org/10.1021/cr60234a002
  57. Drozdov A.S., Ivanovski V., Avnir D. // J. Colloid Interface Sci. 2016. V. 468. P. 307. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2016.01.061
  58. Xie Y., Carbone L., Nobile C. et al. // ACS Nano. 2013. V. 7. P. 7352. https://doi.org/10.1021/nn403035s
  59. Montgomery M.J., Sugak N., Yang Ke R. et al. // Nanoscale. 2020. V. 12. P. 14549. https://doi.org/10.1039/D0NR02208J
  60. Wang Y., Lany S., Ghanbaja J. et al. // Phys. Rev. B. 2016. V. 94. P. 245418. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.245418
  61. Chen Z., Jaramillo T. // Department of Chemical Engineering, Stanford University Edited by Bruce Brunschwig. 2017.
  62. Василевский А.М., Коноплев Г.А., Панов М.Ф. // Оптико-физические методы исследований: Методические указания к лабораторным работам. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ “ЛЭТИ”, 2011. 56 с.
  63. Rydosz A., Kollbek K., Kim-Ngan NT.H. et al. // J. Mater. Sci. — Mater. Electron. 2020. V. 31. P. 11624. https://doi.org/10.1007/s10854-020-03713-z
  64. Hamad H., Elsenety M.M., Sadik W. et al. // Sci. Rep. 2022. V. 12. P. 2217. https://doi.org/10.1038/s41598-022-05981-7
  65. Ahmad F., Agusta M.K., Dipojono H.K. // J. Phys: Conference Series. 2016. V. 739. P. 012040. https://doi.org/10.1088/1742-6596/739/1/012040
  66. Jamal M., Shahriyar Nishat S., Sharif A. // Chem. Phys. 2021. V. 545. P. 111160. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2021.111160
  67. Sakib A.A.M., Masum S.M., Hoinkis J. et al. // J. Compos. Sci. 2019. V. 3. P. 91. https://doi.org/10.3390/jcs3030091
  68. Zhang X., Yang Y., Que W., Du Y. // RSC Adv. 2016. V. 6. P. 81607. https://doi.org/10.1039/C6RA12281G
  69. Ahmad I., Shukrullah S., Yasin M.N. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. P. 12683. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.11.289

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изменение степени анионообменного осаждения Сu2+ в присутствии декстрана со временем (а) и рентгенограммы полученных продуктов 1Д–3Д (б).

Скачать (112KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Термограммы (кривые ТГА, ДТА) образцов 1Д (а), 2Д (б), 3Д (в), полученных в ходе анионообменного осаждения Cu2+ в присутствии декстрана.

Скачать (227KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость оптической плотности газов, выделяющихся при термическом анализе, от времени для образцов 1Д (а), 2Д (б), 3Д (в) (табл. 1), полученных в ходе анионообменного осаждения Cu2+ в присутствии декстрана.

Скачать (279KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Рентгенограмма образца, полученного после прокаливания образца 3Д в течение 60 мин при температуре 350°C.

Скачать (52KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изменение степени анионообменного осаждения Сu2+ в отсутствие полисахарида со временем (а) и рентгенограммы полученных продуктов 1–3 (б).

Скачать (114KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Микрофотографии (a, б) и электронная микродифракция (в – экспериментально полученная картина электронной микродифракции, г – симуляция порошковой электронограммы) для частиц СuO, полученных после анионообменного осаждения (образец 3, табл. 1).

Скачать (292KB)
Метаданные
8. Рис. 7. ИК-Фурье-спектры образцов, полученных в ходе анионообменного осаждения без использования полисахарида (образцы 1–3, табл. 2), и образца 4, полученного после обработки образца 3Д (табл. 1) при 350°C.

Скачать (89KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимости гидродинамического диаметра (a) и ζ-потенциала (б) наночастиц CuO (образец 3, табл. 2), стабилизированных монозамещенным цитратом натрия, от величины pH.

Скачать (88KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Оптический спектр поглощения гидрозоля наночастиц CuO (a) и графики Тауца (б, в) для определения ширины запрещенной зоны.

Скачать (118KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024