Синтез CeO 2  и CeO 2 /C с использованием в качестве темплата порошковой целлюлозы и порошковой целлюлозы-сахарозы

Шишмаков А. Б.; Микушина Ю. В.; Корякова О. В.

doi:10.31857/S0044457X22602231

Синтез CeO₂ и CeO₂/C с использованием в качестве темплата порошковой целлюлозы и порошковой целлюлозы-сахарозы

Authors: Шишмаков А.¹, Микушина Ю.¹, Корякова О.¹
Affiliations:
1. Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН
Issue: Vol 68, No 7 (2023)
Pages: 867-876
Section: СИНТЕЗ И СВОЙСТВА НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
URL: https://journals.rcsi.science/0044-457X/article/view/136350
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044457X22602231
EDN: https://elibrary.ru/RHUWEQ
ID: 136350

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Проведен синтез нанооксида CeO₂ из нитрата церия(III) с использованием в качестве темплатов порошковой целлюлозы (ПЦ) и ее смеси с сахарозой. Удаление темплатов из композитов (ПЦ-Ce(NO₃)₃ и ПЦ-сахароза-Ce(NO₃)₃) осуществляли двумя способами: непосредственным выжиганием ПЦ (ПЦ-сахароза) в токе воздуха и выжиганием карбонизата после пиролиза темплатов. Методами УФ- и ИК-спектроскопии, рентгенофазового анализа (РФА) и электронной микроскопии исследовано влияние состава темплата и способа его удаления на физико-химические характеристики наночастиц CeO₂. Пиролизом композитов ПЦ-Ce(NO₃)₃ и ПЦ-сахароза-Ce(NO₃)₃ синтезирован углерод-оксидный материал CeO₂/C. Установлено, что при пиролизе ПЦ-Ce(NO₃)₃ и ПЦ-сахароза-Ce(NO₃)₃ в карбонизате формируются наночастицы CeO₂ (церианит) с размерами 3–4 и 1–2.5 нм соответственно. Средний диаметр наночастиц (по данным РФА) составляет 3.8 и 2.3 нм. В CeO₂/C, синтезированном из композита ПЦ-сахароза-Ce(NO₃)₃, фиксируется присутствие оксида церия(III). Все наночастицы CeO₂ в углеродной матрице имеют гидроксильно-гидратный покров. Выжигание органической или углеродной матрицы композитов приводит, вне зависимости от используемого темплата и условий синтеза, к формированию наночастиц CeO₂ (церианит) с одинаковым средним диаметром 25 ± 1 нм (по данным РФА), содержащих примесь фазы Ce(III) и обладающих гидроксильно-гидратным покровом. Углерод в материале присутствует в следовых количествах (≤0.15 вес. %). Разброс наночастиц CeO₂ по размерам при выжигании ПЦ из композита ПЦ-Ce(NO₃)₃ составляет 15–30 нм. В тех случаях, когда выжиганию подвергается органическая составляющая из ПЦ-сахароза-Ce(NO₃)₃ или в процесс синтеза включается стадия пиролиза обоих композитов, наблюдается появление фракции более крупных частиц CeO₂ (50–60 нм). Корректность полученных данных подтверждена в ходе модельного процесса распада пероксида водорода.

Keywords

диоксид церия, темплатный синтез, полупроводниковый материал

References

Scire S., Palmisano L. // Cerium Oxide (CeO2): Synthesis, Properties and Applications. 2019. 402 p.
Исаева Е.И., Гурьев Н.В., Бойцова Т.Б. и др. // Журн. общ. химии. 2022. Т. 92. № 10. С. 1603. https://doi.org/10.31857/S0044460X22100110
Sozarukova M.M., Proskurnina E.V., Popov A.L. et al. // RSC Adv. 2021. V. 11. № 56. P. 35351. https://doi.org/10.1039/d1ra06730c
Abramova A.V., Abramov V.O., Fedulov I.S. et al. // Nanomaterials. 2021. V. 11. № 10. P. 2704. https://doi.org/10.3390/nano11102704
Sozarukova M.M., Proskurnina E.V., Ivanov V.K. // Nanosyst. Phys. Chem. Math. 2021. V. 12. P. 283. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2021-12-3-283-290
Popov A.L., Andreeva V.V., Khohlov N.V. et al. // Nanosyst. Phys. Chem. Math. 2021. V. 12. P. 329. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2021-12-3-329-335
Shcherbakov A.B., Reukov V.V., Yakimansky A.V. et al. // Polymers. 2021. V. 13. P. 924. https://doi.org/10.3390/polym13060924
Popov A.L., Kolmanovich D.D., Popova N.R. et al. // Nanosyst: Phys. Chem. Math. 2022. V. 13. № 1. P. 96. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2022-13-1-96-103
Кузнецова М.Н., Жилкина В.Ю. // Фармацевтическое дело и технология лекарств. 2021. № 2. С. 38. https://doi.org/10.33920/med-13-2102-02
Щербаков А.Б., Иванова О.С., Спивак Н.Я. и др. // Синтез и биомедицинские применения нанодисперсного диоксида церия. Томск: Изд. дом ТГУ, 2016. 476 с.
Масленников Д.В., Матвиенко А.А., Сидельников А.А. и др. // Химия в интересах устойчивого развития. 2019. № 3. С. 323. https://doi.org/10.15372/KhUR2019141
Huang J.-J., Wang C.-C., Jin L.-T. et al. // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017. V. 27. № 3. P. 578. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(17)60064-5
Moyer K., Conklin D.R., Mukarakate C. et al. // Front. Chem. 2019. V. 7. P. 730. https://doi.org/10.3389/fchem.2019.00730
Волков А.А., Бойцова Т.Б., Стожаров В.М. и др. // Журн. общ. химии. 2020. Т. 90. № 2. С. 308. https://doi.org/10.31857/S0044460X20020183
Kaplin I.Y., Lokteva E.S., Golubina E.V. et al. // Molecules. 2020. V. 25. P. 4242. https://doi.org/10.3390/molecules25184242
Фролова Л.А., Леонова Л.С., Арсланова А.А. и др. // Электрохимия. 2013. Т. 49. № 8. С. 915. https://doi.org/10.7868/S0424857013080082
Кибис Л.С., Коробова А.Н., Федорова Е.А. и др. // Журн. структур. химии. 2022. Т. 63. № 3. С. 311. https://doi.org/10.26902/JSC_id89211
Шишмаков А.Б., Микушина Ю.В., Корякова О.В. // Хим. технология. 2022. Т. 23. № 7. С. 290. https://doi.org/10.31044/1684-5811-2022-23-7-290-296
Babitha K.K., Sreedevi A., Priyanka K.P. et al. // Ind. J. Pure Appl. Phys. 2015. V. 53. № 9. P. 596. https://doi.org/10.56042/ijpap.v53i9.5542
Hu Z., Haneklaus S., Sparovek G. et al. // Commun. Soil. Sci. Plant. Anal. 2006. V. 37. № 9–10. P. 1381. https://doi.org/10.1080/00103620600628680
Стоянов А.О., Стоянова И.В., Чивирева Н.А. и др. // Методы и объекты хим. анализа. 2013. Т. 8. № 3. С. 104.
Халипова О.С. Технология получения оксидных систем СeO2–SiO2 и СeO2–SnO2 в тонкопленочном и дисперсном состояниях из пленкообразующих растворов и их свойства. Автореф. диc. … канд. техн. наук. Томск, 2014. 22 с.
Земскова Л.А., Егорин А.М., Токарь Э.А. // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. № 9. С. 1168. https://doi.org/10.31857/S0044457X21090178
Кравцов А.А., Блинов А.В., Ясная М.А. и др. // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. техн. науки. 2015. Т. 47. № 3. С. 208.
Кравцов А.А. Разработка процессов получения и исследование физико-химических свойств наноматериалов для электронной техники на основе оксидов титана и церия. Дис. … канд. техн. наук. Ставрополь, 2016. 186 с.
Pang J.-H., Liu Y., Li J. et al. // Rare Met. 2019. V. 38. № 1. P. 73. https://doi.org/10.1007/s12598-018-1072-4
Singh R.D., Koli P.B., Jagdale B.S. et al. // SN Appl. Sci. 2019. № 1. P. 315. https://doi.org/10.1007/s42452-019-0246-5
Abid S.A., Taha A.A., Ismail R.A. et al. // Envir. Sci. Poll. Res. 2020. V. 27. P. 30479. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09332-9
Farahmandjou M., Zarinkamar M., Firoozabadi T.P. // Rev. Mex. Fis. 2016. V. 62. P. 496.
Ayodele B.V., Khan M.R., Cheng C.K. // Bull. Chem. React. Eng. Catal. 2016. V. 11. № 2. P. 210. https://doi.org/10.9767/bcrec.11.2.552.210-219
Calvache-Muñoz J., Prado F.A., Rodríguez-Páez J.E. // Colloids. Surf., A. 2017. V. 529. P. 146. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2017.05.059
Dezfuli A.S., Ganjali M.R., Naderi H.R. et al. // RSC Adv. 2015. V. 5. № 57. P. 46050. https://doi.org/10.1039/C5RA02957K
Saranya J., Sreeja B.S., Padmalaya G. et al. // J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 2019. № 30. P. 1. https://doi.org/10.1007/s10904-019-01403-w
Syed Khadar Y.A., Balamurugan A., Devarajan V.P. et al. // Orient. J. Chem. 2017. V. 33. № 5. P. 2405. https://doi.org/10.13005/ojc/330533
Бажукова И.Н., Мышкина А.В., Соковнин С.Ю. и др. // Физ. тв. тела. 2019. Т. 61. № 5. С. 974.
Abakshonok A.V., Kvasyuk A.A., Eryomin A.N. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. Belarus. Chem. series. 2017. V. 3. P. 7.