Copper ferrite nanoparticles: synthesis and study of their photocatalytic activity

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Magnetic copper ferrite (II) nanoparticles are promising materials for biomedical, electronic and photocatalytic applications. In this work, homogeneous spherical CuFe2O4 nanoparticles with a size of 18.3 ± 0.4 nm and a band gap width of 2.37 eV were obtained by anion-exchange resin precipitation using AV-17-8 in OH form in the presence of dextran-40. The photocatalytic activity of the obtained material was studied on the example of photodegradation of a widely used anionic dye – indigo carmine in the presence of sacrificial reagents: sodium citrate, carbonate and hydrocarbonate, hydrogen peroxide. The effectiveness of the joint application of electron donors - sodium hydrocarbonate and citrate – in reducing the probability of recombination of photogenerated holes and electrons has been demonstrated. The kinetic parameters of the process were determined (pseudo-zero order, kapp. = 3.6 × 10–7 mol/(l × min), T1/2 = 75.8 ± 2.3 min) and its mechanism was elucidated. The intermediates of the photocatalytic oxidation of indigocarmine were determined by NMR.

About the authors

A. Y. Pavlikov

Siberian Federal University

Email: apavlikov98@mail.ru
Krasnoyarsk, 660041 Russia

S. V. Saikova

Siberian Federal University; Institute of Chemistry and Chemical Engineering, Krasnoyarsk Scientific Center (Federal Research Center), Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: apavlikov98@mail.ru
Krasnoyarsk, 660041 Russia; Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036 Russia

D. V. Karpov

Siberian Federal University; Institute of Chemistry and Chemical Engineering, Krasnoyarsk Scientific Center (Federal Research Center), Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: apavlikov98@mail.ru
Krasnoyarsk, 660041 Russia; Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036 Russia

T. Y. Ivanenko

Institute of Chemistry and Chemical Engineering, Krasnoyarsk Scientific Center (Federal Research Center), Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: apavlikov98@mail.ru
Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036 Russia

D. I. Nemkova

Siberian Federal University

Author for correspondence.
Email: apavlikov98@mail.ru
Krasnoyarsk, 660041 Russia

References

  1. Akita M., Ceroni P., Stephenson C.R., Masson G. // J. Org. Chem. 2023. V. 88. P. 6281. https://doi.org/10.1021/acs.joc.3c00812
  2. Prentice C., Martin A.E., Morrison J. et al. // Org. Biomol. Chem. 2023. V. 21. P. 3307. https://doi.org/10.1039/D3OB00231D
  3. Huang Z., Luo N., Zhang C. et al. // Nat. Rev. Chem. 2022. V. 6. P. 197. https://doi.org/10.1038/s41570-022-00359-9
  4. Krasilnikov V.N., Zhukov V.P., Perelyaeva L.A. et al. // Phys. Solid State. 2013. V. 55. P. 1903. https://doi.org/10.1134/S1063783413090199
  5. Kumar S.G., Rao K.S.R.K. // RSC Advances. 2015. V. 5. P. 3306. https://doi.org/10.1039/C4RA13299H
  6. Chen Y., Soler L., Cazorla C. et al. // Nat. Commun. 2023. V. 14. P. 6165. https://doi.org/10.1038/s41467-023-41976-2
  7. Kim S.P., Choi M.Y., Choi H.C. // Mater. Res. Bull. 2016. V. 74. P. 85. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2015.10.024
  8. Liu X., Zhai H., Wang P. et al. // Catal. Sci. Technol. 2019. V. 9. P. 652. https://doi.org/10.1039/C8CY02375A
  9. Al-Alotaibi A.L., Altamimi N., Howsawi E. et al. // J. Inorg. Organomet. Polym. 2021. V. 31. P. 2017. https://doi.org/10.1007/s10904-021-01939-w
  10. Sarkar N., Gadore V., Mishra S.R. et al. // J. Inorg. Organomet. Polym. 2024. P. 1. https://doi.org/10.1007/s10904-024-03132-1
  11. Basu M., Sinha A.K., Pradhan M. et al. // Environ. Sci. Technol. 2010. V. 44. P. 6313. https://doi.org/10.1021/es101323w
  12. Adinarayana D., Annapurna N., Mohan B.S., Douglas P. // Desalination and Water Treatment. 2024. V. 320. P. 100593. https://doi.org/10.1016/j.dwt.2024.100593
  13. Peng H.-J., Zheng P.-Q., Chao H.-Y. et al. // RSC Adv. 2020 V. 10. P. 551. https://doi.org/10.1039/C9RA08801F
  14. Ciriminna R., Delisi R., Parrino F. et al. // Chem. Commun. 2017. V. 53. P. 7521. https://doi.org/10.1039/C7CC04242F
  15. Nasri R., Larbi T., Khemir H. et al. // Inorg. Chem. Commun. 2020. V. 119. P. 108113. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2020.108113
  16. Wang L., Wang K., He T. et al. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2020. V. 8. P. 16048. https://doi.org/10.1039/C3RA46079G
  17. Cao X., Chen Y., Jiao S. et al. // Nanoscale. 2014. V. 6. P. 12366. https://doi.org/10.1039/C4NR03729D
  18. Nikolić V.N., Vasić M.M., Kisić D. // J. Solid State Chem. 2019. V. 275. P. 187. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2019.04.007
  19. Ponhan W., Maensiri S. // Solid State Sci. 2009. V. 11. P. 479. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2008.06.019
  20. Xiao Z., Jin S., Wang X. et al. // J. Mater. Chem. 2012. V. 22. P. 16598. https://doi.org/10.1039/C2JM32869K.
  21. Teraoka Y., Shangguan W.F., Kagawa S. // Catal. Surv. Jpn. 1998. V. 2. P. 155. https://doi.org/10.1163/156856700X00246
  22. Saikova S., Pavlikov A., Karpov D. et al. // Materials. 2023. V. 16. P. 2318. https://doi.org/10.3390/ma1606231843
  23. Nemkova D.I., Saikova S.V., Krolikov A.E. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2024. V. 69. P. 1. https://doi.org/10.1134/S0036023623603069
  24. Yusmar A., Armitasari L., Suharyadi E. // Mater. Today: Proceedings. 2018. V. 5. P. 14955. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.04.037
  25. Sangeetha M., Ambika S., Madhan D. et al. // J. Mater. Sci. - Mater. Electron. 2024. V. 35. P. 368. https://doi.org/10.1007/s10854-024-12076-8
  26. Zhang Z., Cai W., Rong S. et al. // Catalysts. 2022. V. 12. P. 910. https://doi.org/10.3390/catal12080910
  27. Sonu Sharma S., Dutta V. et al. // Appl. Nanosci. 2023. V. 13. P. 3693. https://doi.org/10.1007/s13204-022-02500-y
  28. Amuthan T., Sanjeevi R., Kannan G.R., Sridevi A. // Physica B: Condens. Matter. 2022. V. 638. P. 413842. https://doi.org/10.1016/j.physb.2022.413842
  29. Li X., Shi C., Feng Z. et al. // J. Alloys Compd. 2023. V. 946. P. 169467. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169467
  30. Dutta V., Sudhaik A., Khan A.A.P. et al. // Mater. Res. Bull. 2023. V. 164. P. 112238. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2023.112238
  31. Keerthana S., Yuvakkumar R., Ravi G. et al. // Environ. Res. 2021. V. 200. P. 111528. https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.111528
  32. Kurenkova A.Y., Medvedeva T.B., Gromov N.V. et al. // Catalysts. 2021. V. 11. P. 870. https://doi.org/10.3390/catal11070870
  33. Куренкова А.Ю. Фотокаталитическое получение водорода из водных растворов неорганических соединений и органических субстратов растительного происхождения под действием видимого света. Новосибирск: Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, 2021. 124 с.
  34. Soto-Arreola A., Huerta-Flores A.M., Mora-Hernández J.M. et al. // J. Photochem. Photobiol., A: Chem. 2018. V. 357. P. 20. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.02.016
  35. Sathiyan K., Bar-Ziv R., Marks V. et al. // Chem. A. Eur. J. 2021. V. 27. P. 15936. https://doi.org/10.1002/chem.202103040
  36. Ahmad H., Kamarudin S.K., Minggu L.J., Kassim M. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2015. V. 43. P. 599. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.10.101
  37. Christoforidis K.C., Fornasiero P. // Chem. Cat. Chem. 2017. V. 9. P. 1523. https://doi.org/10.1002/cctc.201601659
  38. Сайкова С.В., Пашков Г.Л., Пантелеева М.В. Реакционно-ионообменные процессы извлечения цветных металлов и синтеза дисперсных материалов. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2018. 198 с.
  39. Aphalo P.J., Albert A., Björn L.O. et al. Beyond the Visible: A handbook of best practice in plant UV photobiology. Helsinki: University of Helsinki, Division of Plant Biology, 2012. 174 p.
  40. Saikova S.V., Trofimova T.V., Pavlikov A.Y., Samoilo A.S. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. P. 291. https://doi.org/10.1134/S0036023620030110
  41. Finch G.I., Sinha A.P.B., Sinha K.P. // Proc. Royal Soc. A: Math. Phys. Eng. Sci. 1957. V. 242. P. 28. https://doi.org/10.1098/rspa.1957.0151
  42. Balagurov A.M., Bobrikov I.A., Maschenko M.S. et al. // Crystallogr. Rep. 2013. V. 58. P. 710.
  43. Makuła P., Pacia M., Macyk W. // J. Phys. Chem. Lett. 2018, V. 9. P. 6814. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b02892
  44. 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.
  45. Zander J., Fink M.F., Attia M. et al. // Sustain. Energy Fuels. 2024. V. 8. P. 4848. https://doi.org/10.1039/D4SE00968A
  46. Uddin M.R., Khan M.R., Rahman M.W. et al. // React. Kinet. Mech. Catal. 2015. V. 116. P. 589. https://doi.org/10.1007/s11144-015-0911-7
  47. Lu C., Bao Z., Qin C. et al. // RSC Adv. 2016. V. 6. P. 110155. https://doi.org/10.1039/C6RA23970F
  48. Krieger W., Bayraktar E., Mierka O. et al. // AIChE J. 2020. V. 66. P. e16953. https://doi.org/10.1002/aic.1695
  49. Manjunatha J.G.G. // J. Food. Drug. Anal. 2018. V. 26. P. 292. https://doi.org/10.1016/j.jfda.2017.05.002
  50. Braz S., Justino L.L.G., Ramos M.L., Fausto R. // Molecules. 2024. V. 29. P. 3223. https://doi.org/10.3390/molecules29133223
  51. Tavallali H., Deilamy-Rad G., Moaddeli A., Asghari K. // Spectrochim. Acta, Part A: Mol. Biomol. Spectrosc. 2017. V. 183. P. 319. https://doi.org/10.1016/j.saa.2017.04.050
  52. Mudunkotuwa I.A., Grassian V.H. // J. Am. Chem. Soc. 2010. V. 132. P. 14986. https://doi.org/10.1021/ja106091q
  53. 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
  54. 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
  55. Goodarzi A., Sahoo Y., Swihart M.T. et al. // MRS Online Proc. Library. 2003. V. 789. P. 23. https://doi.org/10.1557/PROC-789-N6.6
  56. Quici N., Morgada M.E., Gettar R.T. et al. // Appl. Catal. B. 2007. V. 71. P. 117. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2006.09.001
  57. Liu Y., He X., Duan X. et al. // Chem. Eng. J. 2015. V. 276. P. 113. https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.04.048
  58. Tomina E.V., Sladkopevtsev B.V., Tien N.A. et al. // Inorg. Mater. 2023. V. 59. P. 1363. https://doi.org/10.1134/S0020168523130010
  59. Томина Е., Куркин Н., Конкина Д. // Экология и промышленность России. 2022. Т. 26. С. 17. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2022-5-17-21
  60. Meichtry J.M., Quici N., Mailhot G., Litter M.I. // Appl. Catal. B: Environ. 2011. V. 102. P. 555. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2010.12.038
  61. Haleem A., Ullah M., Shah A. et al. // Water. 2024. V. 16. P. 1588. https://doi.org/10.3390/w16111588
  62. Yang D., Ni X., Chen W., Weng Z. // J. Photochem. Photobiol., A: Chem. 2008. V. 195. P. 323. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2007.10.020
  63. Cano M., Solis M., Diaz J. et al. // African J. Biotech. 2011. V. 10. P. 12224.
  64. Ramos R.O., Albuquerque M.V.C. Lopes W. S. et al. // J. Water Process. Eng. 2020. V. 37. P. 101535. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101535
  65. Hernández-Gordillo A., Rodríguez-González V., Oros-Ruiz S. // Catalysis Today. 2016. V. 266. P. 27. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2015.09.001
  66. Crema A.P.S. Piazza Borges L.D., Micke G.A. et al. // Chemosphere. 2019. V. 244. P. 125502. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.125502
  67. Terres J., Battisti R., Andreaus J. et al. // Biocatal. Biotransform. 2014. V. 32. P. 64. https://doi.org/10.3109/10242422.2013.873416
  68. Vautier M., Guillard C., Herrmann J. M. // J. Catal. 2001. V. 201. P. 46. https://doi.org/10.1006/jcat.2001.3232
  69. Jefferson W.A., Hu C. Song D // ACS Omega. 2017. V. 2. P. 6728. https://doi.org/10.1021/acsomega.7b00321

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

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».