Эпоксидный метод синтеза двухкомпонентных аэрогелей Al 2 O 3 –TiO 2  и их УФ-защитные характеристики

Полевой Л. А.; Колесник И. В.; Копица Г. П.; Голикова М. В.; Цвигун Н. В.; Хамова Т. В.; Сергеева А. В.; Горшкова Ю. Е.; Санджиева Д. А.; Убушаева Б. В.; Баранчиков А. Е.; Иванов В. К.

doi:10.31857/S0044457X23601505

Эпоксидный метод синтеза двухкомпонентных аэрогелей Al₂O₃–TiO₂ и их УФ-защитные характеристики

作者: Полевой Л.¹, Колесник И.², Копица Г.³^,4, Голикова М.¹, Цвигун Н.⁵, Хамова Т.³, Сергеева А.⁶, Горшкова Ю.⁷, Санджиева Д.⁸^,9, Убушаева Б.⁸^,9, Баранчиков А.¹, Иванов В.¹^,2
隶属关系:
1. Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
2. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
3. Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН
4. Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ “Курчатовский институт”
5. Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова, ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН
6. Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН
7. Объединенный институт ядерных исследований
8. Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина
9. Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН
期: 卷 68, 编号 12 (2023)
页面: 1831-1848
栏目: НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОМАТЕРИАЛЫ
URL: https://journals.rcsi.science/0044-457X/article/view/231684
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044457X23601505
EDN: https://elibrary.ru/XENVOW
ID: 231684

如何引用文章

全文:

开放存取

##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问

订阅存取

详细
作者简介
参考
补充文件
统计

详细

Предложен новый метод синтеза аэрогелей на основе Al₂O₃–TiO₂, основанный на гидролизе смешанных растворов тетрахлорида титана и нитрата алюминия в присутствии оксида пропилена с последующей сверхкритической сушкой образующихся гелей. Полученные аэрогели характеризуются высокой удельной поверхностью (140–500 м²/г) и высокой удельной пористостью (1.7–2.7 см³/г). Термическая обработка аэрогелей Al₂O₃–TiO₂ при температурах до 600°С не приводит к кристаллизации диоксида титана, тогда как формирование кристаллического анатаза в аэрогелях на основе индивидуального TiO₂ наблюдается уже при температуре 450°С. С использованием стандартизованной методики ISO 24443-2016 определены значения солнцезащитного фактора SPF полученных материалов, которые оказались сопоставимы с характеристиками коммерческого неорганического УФ-фильтра на основе TiO₂ (Kronos 1171). При этом фотокаталитическая активность аэрогелей Al₂O₃–TiO₂ оказалась ниже аналогичной характеристики коммерческого УФ-фильтра на основе диоксида титана более чем в 120 раз. Полученные результаты демонстрируют перспективность использования аэрогелей Al₂O₃–TiO₂ в качестве компонента солнцезащитных средств.

关键词

оксид титана, оксид алюминия, композиты, аэрогели

参考

Jin S.-G., Padron F., Pfeifer G.P. // ACS Omega. 2022. V. 7. № 37. P. 32936. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c04424
Guerra K.C., Zafar N., Crane J.S. Skin Cancer Prevention // StatPearls. 2023. Treasure Island: StatPearls Publishing, 2023. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/ 30137812/
Nohynek G.J., Schaefer H. // Regul. Toxicol. Pharmacol. 2001. V. 33. № 3. P. 285. https://doi.org/10.1006/rtph.2001.1476
Gonzalez H., Tarras-Wahlberg N., Strömdahl B. et al. // BMC Dermatol. 2007. V. 7. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1186/1471-5945-7-1
Gabard B. Sunscreens // Cosmetics. Berlin: Springer, 1999. P. 116. https://doi.org/10.1007/978-3-642-59869-2_9
Bryden A.M., Moseley H., Ibbotson S.H. et al. // Br. J. Dermatol. 2006. V. 155. № 4. P. 737. https://doi.org/10.1111/j.1365-2133.2006.07458.x
Victor F.C., Cohen D.E., Soter N.A. // J. Am. Acad. Dermatol. 2010. V. 62. № 4. P. 605. https://doi.org/10.1016/j.jaad.2009.06.084
Schneider S.L., Lim H.W. // Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 2019. V. 35. № 6. P. 442. https://doi.org/10.1111/phpp.12439
Serpone N., Dondi D., Albini A. // Inorg. Chim. Acta. 2007. V. 360. № 3. P. 794. https://doi.org/10.1016/j.ica.2005.12.057
Morsella M., D’Alessandro N., Lanterna A.E. et al. // ACS Omega. 2016. V. 1. № 3. P. 464. https://doi.org/10.1021/acsomega.6b00177
Nakata K., Fujishima A. // J. Photochem. Photobiol., C: Photochem. Rev. 2012. V. 13. № 3. P. 169. https://doi.org/10.1016/j.jphotochemrev.2012.06.001
Horie M., Sugino S., Kato H. et al. // Toxicol. Mech. Methods. 2016. V. 26. № 4. P. 284. https://doi.org/10.1080/15376516.2016.1175530
Sun S., Song P., Cui J. et al. // Catal. Sci. Technol. 2019. V. 9. № 16. P. 4198. https://doi.org/10.1039/C9CY01020C
Jang E., Sridharan K., Park Y.M. et al. // Chem. A Eur. J. 2016. V. 22. № 34. P. 12022. https://doi.org/10.1002/chem.201600815
Becker L.C., Boyer I., Bergfeld W.F. et al. // Int. J. Toxicol. 2016. V. 35. № 3. P. 16S. https://doi.org/10.1177/1091581816677948
Cassin G., Diridollou S., Flament F. et al. // Int. J. Cosmet. Sci. 2018. V. 40. № 1. P. 58. https://doi.org/10.1111/ics.12433
Yorov K.E., Kolesnik I.V., Romanova I.P. et al. // J. Supercrit. Fluids. 2021. V. 169. P. 105099. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2020.105099
Pierre A.C., Pajonk G.M. // Chem. Rev. 2002. V. 102. № 11. P. 4243. https://doi.org/10.1021/cr0101306
Hüsing N., Schubert U. // Angew. Chem. Int. Ed. 1998. V. 37. № 1–2. P. 22. https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3773(19980202)37:1/2<22::AID-ANIE22>3.0.CO;2-I
Feinle A., Elsaesser M.S., Hüsing N. // Chem. Soc. Rev. 2016. V. 45. № 12. P. 3377. https://doi.org/10.1039/C5CS00710K
Yorov K.E., Baranchikov A.E., Kiskin M.A. et al. // Russ. J. Coord. Chem. 2022. V. 48. № 2. P. 89. https://doi.org/10.1134/S1070328422020014
Singh P., Nanda A. // Int. J. Cosmet. Sci. 2014. V. 36. № 3. P. 273. https://doi.org/10.1111/ics.12124
Chen L., Zhu J., Liu Y.-M. et al. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2006. V. 255. № 1–2. P. 260. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2006.04.043
Moussaoui R., Elghniji K., ben Mosbah M. et al. // J. Saudi Chem. Soc. 2017. V. 21. № 6. P. 751. https://doi.org/10.1016/j.jscs.2017.04.001
Donėlienė J., Fataraitė-Urbonienė E., Danchova N. et al. // Gels. 2022. V. 8. № 7. P. 422. https://doi.org/10.3390/gels8070422
Gaweł B., Gaweł K., Øye G. // Materials. 2010. V. 3. № 4. P. 2815. https://doi.org/10.3390/ma3042815
Lermontov S.A., Straumal E.A., Mazilkin A.A. et al. // Mater. Lett. 2017. V. 215. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2017.12.031
Yorov K.E., Sipyagina N.A., Malkova A.N. et al. // Inorg. Mater. 2016. V. 52. № 2. P. 163. https://doi.org/10.1134/S0020168516020035
Yorov K.E., Sipyagina N.A., Baranchikov A.E. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V. 61. № 11. P. 1339. https://doi.org/10.1134/S0036023616110048
Baranchikov A.E., Kopitsa G.P., Yorov K.E. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 6. P. 874. https://doi.org/10.1134/S003602362106005X
Livage J., Henry M., Sanchez C. // Prog. Solid State Chem. 1988. V. 18. № 4. P. 259. https://doi.org/10.1016/0079-6786(88)90005-2
Gash A.E., Tillotson T.M., Satcher Jr J.H. et al. // J. Non. Cryst. Solids. 2001. V. 285. № 1–3. P. 22. https://doi.org/10.1016/S0022-3093(01)00427-6
Itoh H., Tabata T., Kokitsu M. et al. // J. Ceram. Soc. Jpn. 1993. V. 101. № 1177. P. 1081. https://doi.org/10.2109/jcersj.101.1081
Wei T.-Y., Chen C.-H., Chang K.-H. et al. // Chem. Mater. 2009. V. 21. № 14. P. 3228. https://doi.org/10.1021/cm9007365
Baumann T.F., Gash A.E., Chinn S.C. et al. // Chem. Mater. 2005. V. 17. № 2. P. 395. https://doi.org/10.1021/cm048800m
Straumal E.A., Ivanov V.K., Malkova A.N. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2017. V. 84. № 3. P. 377. https://doi.org/10.1007/s10971-017-4429-5
Lermontov S.A., Yurkova L.L., Straumal E.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 3. P. 303. https://doi.org/10.1134/S0036023618030142
Yorov K.E., Yapryntsev A.D., Baranchikov A.E. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2018. V. 86. № 2. P. 400. https://doi.org/10.1007/s10971-018-4647-5
Kameneva S.V., Yorov K.E., Kamilov R.K. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2023. V. 107. P. 586.https://doi.org/10.1007/s10971-023-06149-z
Rouquerol J., Llewellyn P., Rouquerol F. // Stud. Surf. Sci. Catal. 2007. V. 160. P. 49. https://doi.org/10.1016/S0167-2991(07)80008-5
Фиалков Ю.Я. Растворитель как средство управления химическим процессом. М., 1990.
Kuzin E.N., Krutchinina N.E. // Inorg. Mater. 2019. V. 55. № 8. P. 834. https://doi.org/10.1134/S0020168519080065
Wang T.-H., Navarrete-López A.M., Li S. et al. // J. Phys. Chem. A 2010. V. 114. № 28. P. 7561. https://doi.org/10.1021/jp102020h
Archambault J., Rivest R. // Can. J. Chem. 1958. V. 36. № 11. P. 1461. https://doi.org/10.1139/v58-216
Cottineau T., Richard-Plouet M., Rouet A. et al. // Chem. Mater. 2008. V. 20. № 4. P. 1421. https://doi.org/10.1021/cm702531q
Emons H.-H., Janneck E., Pollmer K. // Z. Anorg. Allg. Chem. 1984. V. 511. № 4. P. 135. https://doi.org/10.1002/zaac.19845110415
Suzuki H., Ishiguro S.-I. // Acta Crystallogr., Sect. C: Cryst. Struct. Commun. 1998. V. 54. № 5. P. 586. https://doi.org/10.1107/S0108270197018817
Titanium(IV), Zirconium, Hafnium and Thorium // Hydrolys. Met. Ions. Weinheim: Wiley, 2016. P. 433. https://doi.org/10.1002/9783527656189.ch10
Aluminium, Gallium, Indium and Thallium // Hydrolys. Met. Ions. Hydrolys. Met. Ions, Weinheim: Wiley, 2016. P. 757. https://doi.org/10.1002/9783527656189.ch13
Gash A.E., Tillotson T.M., Satcher J.H. et al. // Chem. Mater. 2001. V. 13. № 3. P. 999. https://doi.org/10.1021/cm0007611
Du X., Wang Y., Su X. et al. // Powder Technol. 2009. V. 192. № 1. P. 40. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2008.11.008
Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V. et al. // Pure Appl. Chem. 2015. V. 87. № 9–10. P. 1051. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117
Gao M., Liu B., Zhao P. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2019. V. 91. № 3. P. 514. https://doi.org/10.1007/s10971-019-05057-5
Guinier A., Fournet G. Small-Angle X-Ray Scattering. N.Y.: John Wiley & Sons Inc., 1955. https://doi.org/10.1002/pol.1956.120199326
Teixeira J. Experimental Methods for Studying Fractal Aggregates // Growth Form. Dordrecht: Springer, 1986. P. 145. https://doi.org/10.1007/978-94-009-5165-5_9
Kim D., Jung J., Ihm J. // Nanomaterials. 2018. V. 8. № 6. P. 375. https://doi.org/10.3390/nano8060375
Keysar S., De Hazan Y., Cohen Y. et al. // J. Mater. Res. 1997. V. 12. № 2. P. 430. https://doi.org/10.1557/JMR.1997.0063
Meng F., Schlup J.R., Fan L.T. // Chem. Mater. 1997. V. 9. № 11. P. 2459. https://doi.org/10.1021/cm9700662
Chane-Ching J.-Y., Klein L.C // J. Am. Ceram. Soc. 1988. V. 71. № 1. P. 86. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1988.tb05765.x
Catauro M., Tranquillo E., Dal Poggetto G. et al. // Materials. 2018. V. 11. № 12. https://doi.org/10.3390/ma11122364
Diko M. // Acta Geodyn. Geomater. 2015. P. 149. https://doi.org/10.13168/AGG.2015.0052
Feng G., Jiang F., Jiang W. et al. // Ceram. Int. 2019. V. 45. № 15. P. 18704. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.06.096
Kirillova S.A., Almjashev V.I., Gusarov V. V. // Russ. J. Inorg. Chem. 2011. V. 56. № 9. P. 1464. https://doi.org/10.1134/S0036023611090117
Dransfield G.P. // Radiat. Prot. Dosimetry. 2000. V. 91. № 1. P. 271. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.rpd.a033216
Kim M.G., Kang J.M., Lee J.E. et al. // ACS Omega. 2021. V. 6. № 16. P. 10668. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c00043
Nishizawa H., Aoki Y. // J. Solid State Chem. 1985. V. 56. № 2. P. 158. https://doi.org/10.1016/0022-4596(85)90052-0
Bachina A.K., Almjasheva O.V., Popkov V.I. et al. // J. Cryst. Growth 2021. V. 576. P. 126371. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2021.126371
Almjasheva O.V., Lomanova N.A., Popkov V.I. et al. // Nanosyst. Physics, Chem. Math. 2019. V. 10. № 4. P. 428. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2019-10-4-428-437
Lin H., Li L., Zhao M. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2012. V. 134. № 20. P. 8328. https://doi.org/10.1021/ja3014049
Hammouda B. // J. Appl. Crystallogr. 2010. V. 43. № 4. P. 716. https://doi.org/10.1107/S0021889810015773
Schmidt P.W., Avnir D., Levy D. et al. // J. Chem. Phys. 1991. V. 94. № 2. P. 1474. https://doi.org/10.1063/1.460006
Pogorelov V., Doroshenko I., Pitsevich G. et al. // J. Mol. Liq. 2017. V. 235. P. 7. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.12.037
Roscoe J.M., Abbatt J.P.D. // J. Phys. Chem. A. 2005. V. 109. № 40. P. 9028. https://doi.org/10.1021/jp050766r
Thomas K., Hoggan P.E., Mariey L. et al. // Catal. Lett. 1997. V. 46. № 1/2. P. 77. https://doi.org/10.1023/A:1019017123596
Hanaor D.A.H., Sorrell C.C. // J. Mater. Sci. 2011. V. 46. № 4. P. 855. https://doi.org/10.1007/s10853-010-5113-0
Akkaya Arier U.O., Tepehan F.Z. // Compos. Part B Eng. 2014. V. 58. P. 147. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.10.023
Hanini F., Bouabellou A., Bouachiba Y. et al. // IOSR J. Eng. 2013. V. 3. № 11. P. 21. https://doi.org/10.9790/3021-031112128
Riaz S., Sajid-ur-Rehman, Abutalib M. et al. // J. Electron. Mater. 2016. V. 45. № 10. P. 5185. https://doi.org/10.1007/s11664-016-4754-4
Filatova E.O., Konashuk A.S. // J. Phys. Chem. C. 2015. V. 119. № 35. P. 20755. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b06843
Prange M.P., Zhang X., Ilton E.S. et al. // J. Chem. Phys. 2018. V. 149. № 2. P. 024502. https://doi.org/10.1063/1.5037104
Tzompantzi F., Piña Y., Mantilla A. et al. // Catal. Today. 2014. V. 220–222. P. 49. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2013.10.027
Carp O., Huisman C.L., Reller A. // Prog. Solid State Chem. 2004. V. 32. № 1–2. P. 33. https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2004.08.001