Rapid hydrolysis of the CuSO4 salt solution microdroplets deposited on the alkaline solution and the formation of ordered arrays of open microspheres with Cu(OH)2 walls

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

It was shown for the first time that open microspheres 1–10 µm in size with Cu(OH)2 walls and unique morphology are formed as reactions of rapid hydrolysis of copper (II) cations when microdroplets of aqueous CuSO4 solution are sprayed on the surface of alkaline solution of Na2SO4 at room temperature and without the use of surfactants. It has been shown that the microspheres formed under these conditions have a single hole in their walls with a size ranging from fractions to units of a micrometer and they are oriented on the surface of the alkaline solution with this hole facing towards the air. These microspheres can be transferred to various substrates using a vertical elevator technique, where they are deposited in layers with their holes predominantly oriented in the opposite direction from the substrate. It has been found that the walls of these microspheres are several hundred nanometers thick and are composed of a combination of Cu(OH)2 nanocrystals, and nanorods, with a diameter 5–10 nm and a length up to 500 nm. When the samples are heated in air at 150°C, these nanocrystals lose water and form CuO single crystals without significant changes in their morphology. It was found that applying layers of microspheres to the surfaces of various substrates gives it superhydrophilic properties.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. A. Golubeva

Saint Petersburg State University

Email: a.meleshko@spbu.ru

Institute of Chemistry

Russian Federation, St. Petersburg, 198504

А. А. Meleshko

Saint Petersburg State University

Author for correspondence.
Email: a.meleshko@spbu.ru

Institute of Chemistry

Russian Federation, St. Petersburg, 198504

V. P. Tolstoy

Saint Petersburg State University

Email: a.meleshko@spbu.ru

Institute of Chemistry

Russian Federation, St. Petersburg, 198504

References

  1. Pavlikov A.Y., Saikova S.V., Samoilo A.S. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2024. V. 69. P. 265. https://doi.org/10.1134/S0036023623603057
  2. Zhang Q., Zhang K., Xu D. et al. // Prog. Mater. Sci. 2014. V. 60. P. 208. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.09.003
  3. Батищева Е.В., Толстой В.П. // Журн. неорган. xимии. 2022. T. 67. № 6. C. 836. https://doi.org/10.31857/S0044457X22060058
  4. Zhu D., Wang L., Yu W. et al. // Sci Rep. 2018. V. 8. P. 5282. https://doi.org/10.1038/s41598-018-23174-z
  5. Sadale S.B., Patil S.B., Teli A.M. et al. // Solid State Sci. 2022. V. 123. P. 106780. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2021.106780
  6. Андрийченко Е.О., Зеленов В.И., Бовыка В.Е. и др. // Журн. общ. химии. 2021. T. 91. № 4. С. 638. https://doi.org/10.31857/S0044460X2104020X
  7. Nevezhina A.V., Fadeeva T.V. // Acta Biomed. Sci. 2021. V. 6. № 6-2. P. 37. https://doi.org/10.29413/ABS.2021-6.6-2.5
  8. Nigussie A., Murthy A., Bedassa A. // Res. J. Chem. Environ. 2021. V. 25. № 6. P. 202.
  9. Rabbani M., Rahimi R., Bozorgpour M. et al. // Mater. Lett. 2014. V. 119. P. 39. http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2013.12.095
  10. Umar A., Ibrahim A., Ammar H. et al. // Ceram. Int. 2021. V. 47. P. 12084. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.01.053
  11. Liu D., Liu Y., Bao E. et al. // J. Energy Storage. 2023. V. 68. P. 107875. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.107875
  12. Wang J., Liu Y., Wang S. et al. // J. Mater. Chem. A. 2014. V. 2. P. 1224. https://doi.org/10.1039/c3ta14135g
  13. Jiao S., Zhang X., Zhang G. et al. // J. Mater. Chem. A. 2018. V. 7. P. 3084. https://doi.org/10.1039/C7TA10632G
  14. Kumar M.A., Debabrata P. // ACS Appl. Energy Mater. 2021. V. 4. № 9. P. 9412. https://doi.org/10.1021/acsaem.1c01632.s001
  15. Ma H., Tan Y., Liu Z et al. // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 104. https://doi.org/10.3390/nano11010104
  16. Liu X., Xiong H., Yang Y. et al. // ACS Omega. 2018. V. 3. P. 13146. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b01299
  17. Meng D., Liu D., Wang G. et al. // Vacuum. 2017. V. 144. P. 272. http://dx.doi.org/10.1016/j.vacuum.2017.08.013
  18. Ai Y., Pang Q., Liu X. et al. // Nanomaterials. 2024. V. 14. P. 1145. https://doi.org/10.3390/nano14131145
  19. Molkenova A., Sarsenov S., Atabaev S. et al. // Environ. Nanotechnol., Monit. Manage. 2021. V. 16. P. 100507. https://doi.org/10.1016/j.enmm.2021.100507
  20. Cho Y., Huh Y. // Bull. Korean Chem. Soc. 2009. V. 30. № 6. P. 1410.
  21. Dong F., Guo Y., Zhang D. et al. // Nanomaterials. 2020. V. 10. P. 67. https://doi.org/10.3390/nano10010067
  22. Tolstoy V.P., Meleshko A.A., Golubeva A.A. et al. // Colloids Interfaces. 2022. V. 6. № 2. P. 32. https://doi.org/10.3390/colloids6020032
  23. Tolstoy V.P., Meleshko A.A., Danilov D.V. // Mendeleev Commun. 2024. V. 34. № 3. P. 430. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2024.04.038
  24. Golubeva A.A., Kolesnikov I.E., Tolstoy V.P. // Ceram. Int. V. 50. № 24. P. 56025. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.11.025
  25. Zheng Q., Wei Y., Zeng X. et al. // Nanotechnology. 2020. V. 31. № 42. P. 425402. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab9f74
  26. Das S., Srivastava V.C. // Mater. Lett. 2015. V. 150. P. 130. http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2015.03.018
  27. Zhang F., Huang S., Guo Q. et al. // Colloids Surf. 2020. V. 602. P. 125076. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125076
  28. Jaggi V.H., Oswazd H.R. // Acta Cryst. 1961. V. 14. P. 1041. https://doi.org/10.1107/S0365110X61003016
  29. Jansanthea P., Saovakon C., Chomkitichai W. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. P. 667. https://doi.org/10.1134/S0036023621050089
  30. Yin Y., Zhu L., Chang X. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. V. 12. № 45. P. 50962. https://doi.org/10.1021/acsami.0c11677

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic representation of the sequence of operations when applying a layer of microspheres with Cu(OH)2 walls to the surface of titanium foil: a - stage of surface treatment of the solution of NaOH and Na2SO4 mixture with microdroplets of aerosol from CuSO4 solution, b - stage of transferring the microsphere array to the substrate using the vertical elevator technique.

Download (108KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. SEM-electron micrographs taken at different magnifications of the Cu(OH)2 microsphere layer deposited on the surface of titanium foil using the vertical elevator technique.

Download (876KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Electron micrographs of microsphere fragments with Cu(OH)2 wall obtained by SEM at different magnification in light field mode (a-c), and electron micrograph of a wall fragment of a similar sample heated in air at 150℃ obtained in high resolution SEM mode (d).

Download (924KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Energy-dispersive X-ray spectrum of Cu(OH)2 microsphere (a), X-ray diffractogram (b) and FT-IR transmission spectrum (c) of Cu(OH)2 microspheres before (1) and after (2) heating in air at 150℃.

Download (123KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Wetting angles of water on silicon surface without a layer (a), with a layer (b) of Cu(OH)2 microspheres obtained by vertical elevator technique, c, d - schematic images of the process of water drop spreading on silicon surface with a layer of Cu(OH)2 microspheres.

Download (103KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».