Управление размером наночастиц CeO2 при термолизе Ce(NO3)3

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Разработана методика синтеза нанопорошка CeO2 с использованием композита порошковая целлюлоза (ПЦ)/Ce(NO3)3/NaCl, включающая следующие стадии: формирование ПЦ/Ce(NO3)3/NaCl, выжигание целлюлозного темплата (600°С), удаление хлорида натрия промывкой водой. Методами ИК-, УФ-спектроскопии, рентгенофазового анализа и электронной микроскопии исследовано влияние концентрации хлорида натрия в исходном композите на физико-химические свойства получаемого CeO2. В материале, синтезированном из ПЦ/Ce(NO3)3/NaCl, фиксируется наличие частиц CeO2 двух типоразмеров: первый – частицы диаметром 15–40 нм (объединены в бесформенные образования) и второй – частицы 1.5–2.2 нм. Последние слагают поверхность сферических агрегатов диаметром 30-200 нм. С ростом содержания NaCl в ПЦ/Ce(NO3)3/NaCl доля сферических агрегатов в нанопорошке увеличивается. Размеры самих сферических агрегатов и частиц, агрегированных на их поверхности, практически не зависят от содержания хлорида натрия в исходном композите. В отсутствие хлорида натрия (ПЦ/Ce(NO3)3) нанопорошок состоит только из частиц первого типа. Диоксид церия в материале из ПЦ/Ce(NO3)3/NaCl представлен в виде церианита и аморфной фазы. С ростом содержания хлорида натрия в ПЦ/Ce(NO3)3/NaCl наблюдается тенденция к увеличению содержания аморфной фазы в CeO2. В том случае, когда исходный композит не содержит NaCl, аморфная фаза не формируется. Присутствие Ce(III) в материале из ПЦ/Ce(NO3)3/NaCl, в отличие от материала из ПЦ/Ce(NO3)3, не зафиксировано. С ростом содержания хлорида натрия в ПЦ/Ce(NO3)3/NaCl в нанопорошке наблюдается увеличение толщины гидроксильно-гидратного покрова. Установлено, что углеродсодержащие примеси в нанопорошке появляются в результате сорбции из внешней среды. Каталитическая активность нанопорошка CeO2 в модельной реакции распада пероксида водорода растет пропорционально увеличению содержания хлорида натрия в исходном композите.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. Б. Шишмаков

Институт органического синтеза им. И. Я. Постовского УрО Российской академии наук

Email: Mikushina@ios.uran.ru
Russian Federation, Екатеринбург

Ю. В. Микушина

Институт органического синтеза им. И. Я. Постовского УрО Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: Mikushina@ios.uran.ru
Russian Federation, Екатеринбург

О. В. Корякова

Институт органического синтеза им. И. Я. Постовского УрО Российской академии наук

Email: Mikushina@ios.uran.ru
Russian Federation, Екатеринбург

References

  1. Вашук В.В., Цозел Й, Шельтер М., Шперлинг Е., Поссекрдт Ю., Василечко Л.О., Мацукевич И.В., Крутько Н.П., Гут У., Мертиг М. Нанокомпозиционная керамика на основе оксидов магния, церия и самария // Электрохимия. 2018. Т. 54. № 12. С. 1124–1134. https://doi.org/10.1134/S0424857018140116
  2. Chen J., Feng W., Zhao W. Anion-doped CeO2 for High-performance Lithium-sulfur Batteries // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 584. P. 152613. https:// doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.152613
  3. Li Y., Liu H.-Y., Shi L.-N., Zhu Y.-R., Yi T.-F. Improved Lithium Storage Performance of CeO2-decorated SrLi2Ti6O14 Material as an Anode for Li-ion Battery // J. Ind. Eng. Chem. 2021. V. 101. P. 144–152. https:// doi.org/10.1016/j.jiec.2021.06.019
  4. Qian G., Baccaro S., Guerra A., Xiaoluan L., Shuanglong Y., Iurlaro G., Chen G. Gamma Irradiation Effects on ZnO-based Scintillating Glasses Containing CeO2 and/or TiO2 // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B: Beam Interact. Mater. At. 2007. V. 262. № 2. P. 276–280. https:// doi.org/10.1016/j.nimb.2007.06.005
  5. Marzouk S.Y., Ezz-Eldin F.M. Optical Study of Ce3+ Ion in Gamma-irradiated Binary Barium-borate Glasses // Phys. B Condens. Matter. 2008. V. 403. № 18. P. 3307–3315. https:// doi.org/10.1016/j.physb.2008.04.041
  6. Садливская М. В., Михеева Н. Н., Зайковский В. И., Мамонтовa Г. В. Влияние способа получения на структуру катализаторов Ag-CeO2 и их активность в окислении сажи // Кинетика и катализ. 2019. T. 60. № 4. C. 464–470. https:// doi.org/10.1134/S0453881119040178
  7. Черных М.В., Михеева Н.Н., Зайковский В.И., Мамонтов Г.В. Катализаторы на основе CeO2 для сорбционно-каталитического окисления толуола // Материалы IV Российского конгресса по катализу “РОСКАТАЛИЗ” (20–25 сентября). Казань. 2021 С. 548–549. http://vital.lib.tsu.ru/vital/access/manager/Repository/koha:000891776
  8. Chen H., Ding Z., Yan J., Hou M., Bi Y. One-pot Hydrothermal Synthesis of a Novel Pt@CeO2 Nanocomposite for Water-gas Shift Reaction // Catal. Commun. 2021. V. 149. P. 106206. https:// doi.org/10.1016/j.catcom.2020.106206
  9. Sozarukova M.M., Proskurnina E.V., Popov A.L., Kalinkin A.L., Ivanov V.K. New Facets of Nanozyme Activity of Ceria: Lipo- and Phospholipoperoxidase-Like Behaviour of CeO2 Nanoparticles // RSC Adv. 2021. V. 11(56). P. 35351–35360. https:// doi.org/10.1039/d1ra06730c
  10. Abramova A.V., Abramov V.O., Fedulov I.S., Baranchikov A.E., Kozlov D.A., Veselova V.O., Kameneva S.V., Ivanov V.K., Cravotto G. Strong Antibacterial Properties of Cotton Fabrics Coated with Ceria Nanoparticles under high power ultrasound // Nanomaterials. 2021. V. 11(10). P. 2704. https:// doi.org/10.3390/nano11102704
  11. Sozarukova M.M., Proskurnina E.V., Ivanov V.K. Prooxidant Potential of CeO2 Nanoparticles towards Hydrogen Peroxide // Nanosyst.: Phys. Chem. Math. 2021. V. 12. P. 283–290. https:// doi.org/10.17586/2220-8054-2021-12-3-283-290
  12. Popov A.L., Andreeva V.V., Khohlov N.V., Kamenskikh K.A., Gavrilyuk V.B., Ivanov V.K. Comprehensive Cytotoxicity Analysis of Polysaccharide Hydrogel Modified with Cerium Oxide Nanoparticles for Wound Healing Application // Nanosyst.: Phys. Chem. Math. 2021. V. 12. № 3. P. 329–335. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2021-12-3-329-335
  13. Shcherbakov A.B., Reukov V.V., Yakimansky A.V., Krasnopeeva E.L., Ivanova O.S., Popov A.L., Ivanov V.K. CeO2 Nanoparticle-Containing Polymers for Biomedical Applications: a Review // Polymers. 2021. V. 13(6). P. 924. https://doi.org/10.3390/polym13060924
  14. Popov A.L., Kolmanovich D.D., Popova N.R., Sorokina S.S., Ivanova O.S., Chukavin N.N., Shcherbakov A.B., Kozlova T.O., Kalashnikova S.A., Ivanov V.K. Synthesis and Biocompatibility Study of Ceria-Mildronate Nanocomposite in vitro //Nanosyst.: Phys. Chem. Math. 2022. V. 13(1). P. 96–103. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2022-13-1-96-103
  15. Кузнецова М.Н., Жилкина В.Ю. Наночастицы оксида церия. Применение и оценка токсичности наночастиц оксида церия // Фармацевтическое дело и технология лекарств. 2021. № 2. C. 38–43. https://doi.org/10.33920/med-13-2102-02
  16. Fudala A.Y., Salih W.M., Alkazaz F.F. Synthesis Different Sizes of Cerium Oxide CeO2 Nanoparticles by Using Different Concentrations of Precursor via Sol–Gel Method // Mater. Today: Proc. 2022. V. 49. № 7. P. 2786–2792. https:// doi. org/10.1016/j.matpr.2021.09.452
  17. Maria Magdalane C., Kaviyarasu K., Siddhardha B., Ramalingam G. Synthesis and Characterization of CeO2 Nanoparticles by Hydrothermal Method // Mater. Today: Proc. 2020. V. 36. № 2. P. 130-132. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.02.283
  18. Pastor-Pérez L., Ramos-Fernández E.V., Sepúlveda-Escribano A. Effect of the CeO2 Synthesis Method on the Behaviour of Pt/CeO2 Catalysis for the Water-Gas Shift Reaction // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 39. P. 21837–21846. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.06.206
  19. Syed Khadar Y.A., Balamurugan A., Devarajan V.P., Subramanian R., Dinesh Kumar. S. Synthesis, Characterization and Antibacterial Activity of Cobalt Doped Cerium Oxide (CeO2 : Co) Nanoparticles by Using Hydrothermal Method // J. Mater. Res. Technol. 2019. V. 8. № 1. P. 267–274. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2017.12.005
  20. Bugrov A.N., Vorobiov V.K., Sokolova M.P., Kopitsa G.P., Bolshakov S.A., Smirnov M.A. Hydrothermal Synthesis of CeO2 Nanostructures and Their Electrochemical Properties // Nanosyst.: Phys. Chem. Math. 2020. V. 11. № 3. P. 355–364. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2020-11-3-355-364
  21. Chen H., Ding Z., Yan J., Hou M., Bi Y. One-pot Hydrothermal Synthesis of a Novel Pt@CeO2 Nanocomposite for Water-Gas Shift Reaction // Catal. Commun. 2021. V. 149. P. 106206. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2020.106206
  22. Kockrick E., Schrage C., Grigas A., Geiger D., Kaskel S. Synthesis and Catalytic Properties of Microemulsion-Derived Cerium Oxide Nanoparticles. // J. Solid State Chem. 2008. V. 181. P. 1614–1620. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2008.04.036
  23. Максимчук Н.В., Шмырева А.Н., Борисов А.В. Свойства и практическое применение нанокристаллических пленок оксида церия // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2010. № 5–6. С. 54–59.
  24. Абдуллин Х.А., Кемельбекова А.Е., Лисицын В.М., Мухамедшина Д.М., Немкаева Р.Р., Тулегенова А.Т. Аэрозольный синтез высокодисперсного люминофора Y3Al5O12:Ce3+ с интенсивной фотолюминесценцией // Физика твердого тела. 2019. Т. 61. № 10. С. 1884–1889. https://doi.org/10.21883/FTT.2019.10.48265.501
  25. Huang J.-J., Wang C.-C., Jin Chen F., Chen Z.-G. // TNMSC. 2017. V. 27. № 3. P. 578–583. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(17)60064-5
  26. Волков А.А., Бойцова Т.Б., Стожаров В.М., Исаева Е.И. Синтез и фотокаталитическая активность волокнистых наноструктур оксида церия(IV) // ЖОХ. 2020. Т. 90. № 2. С. 308–314. https://doi.org/10.31857/S0044460X20020183
  27. Шишмаков А.Б., Микушина Ю.В., Корякова О.В. Синтез CeO2 и CeO2/C с использованием в качестве темплата порошковой целлюлозы и порошковой целлюлозы–сахарозы // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 7. С. 867–876. https://doi.org/10.31857/S0044457X22602231
  28. Кравцов А.А., Блинов А.В., Ясная М.А., Семенова Н.С. Исследование влияния типа прекурсора на структуру и фазовый состав наноразмерного CeO2, синтезированного золь-гель методом // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. 2015. № 3(47). С. 208–212.
  29. Шишмаков А.Б., Микушина Ю.В., Валова М.С., Корякова О.В, Паршина Е.В., Петров Л.А Ксерогель диоксида циркония, модифицированный порошковой целлюлозой // ЖПХ. 2009. Т. 82. № 12. C.1971–1975.
  30. Кузнецова О.В., Харчук В.Г., Корякова О.В., Петров Л.А. Активность гидрогеля диоксида циркония в реакции жидкофазного окисления 2,3,5-триметил-1,4-гидрохинона // Аналитика и контроль. 2006. Т. 10. № 2. С. 126-130.
  31. Hu Z, Haneklaus S.H., Sparovek G, Schnug E. Rare Earth Elements in Soils // Commun. Soil Sci. Plant Anal. 2006. V. 37. № 9–10. Р. 1381–1420. https://doi.org/10.1080/00103620600628680
  32. Стоянов А.О., Стоянова И.В., Чивирева Н.А. Антонович В.П. Методы определения разновалентных форм церия и европия (обзор) // Методы и объекты химического анализа. 2013. Т. 8. № 3. С. 104–118.
  33. Халипова О.С. Технология получения оксидных систем СeO2-SiO2 и СeO2-SnO2 в тонкопленочном и дисперсном состояниях из пленкообразующих растворов и их свойства. Автореф. дис. … к.т.н. Томск. 2014. 22 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. IR spectra of the samples: 1 - CeO2/NaCl(1), 2 - CeO2/NaCl(2), 3 - CeO2/NaCl(3)

Download (64KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. IR spectra of the samples: 1 - CeO2* [27], 2 - CeO2(1), 3 - CeO2(2), 4 - CeO2(3)

Download (90KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. UV-visible spectra (absorption spectra) of the samples: 1 - CeO2*[27], 2 - CeO2(1), 3 - CeO2(2), 4 - CeO2(3)

Download (65KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Fragments of diffractograms of samples: 1 - CeO2(1), 2 - CeO2(2), 3 - CeO2(3)

Download (30KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Microphotographs of CeO2(1) (a-d), CeO2(2) (e), CeO2(3) (f) samples

Download (48KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Kinetic curves of hydrogen peroxide conversion on samples: 1 - CeO2* [27], 2 - CeO2(1), 3 - CeO2(2), 4 - CeO2(3), 5 - CeO2/NaCl(1), 6 - CeO2/NaCl(2), 7 - CeO2/NaCl(3)

Download (19KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependences of the initial rate of hydrogen peroxide decomposition on the mass of the sodium chloride suspension for the samples: 1 - CeO2 * [27], CeO2(1)-(3); 2 - CeO2/NaCl(1)-(3)

Download (11KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences