The Effect of Cryochemical Synthesis Parameters of Iron Oxide Nanoparticles on Their Size, Structure and Magnetic Properties

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this work, cryochemical approaches are used to obtain nanoparticles of magnetic iron oxides of various compositions and morphologies. Cryochemical coprecipitation of iron(II) and (III) salts with an ammonia solution in the temperature range from –30 to –50°C leads to the formation of single-domain superparamagnetic maghemite nanoparticles with an average size of 6 ± 2 nm, which is smaller than the average particle size (20 ± 2 nm) obtained by the classical coprecipitation method. However, cryochemical coprecipitation leads to the formation of goethite impurity. Single-domain superparamagnetic magnetite nanoparticles with an average diameter of 10 ± 2 nm without goethite impurity can be obtained by cryochemical precipitation of iron(II) sulfate with ammonia in air. Thermal decomposition of cryomodified iron salts allows obtaining maghemite nanoparticles of 40–300 nm in size in the case of iron(III) acetylacetonate and iron(III) formate, as well as micron-sized maghemite and goethite particles of complex shape in the case of iron(III) ammonium citrate and iron(II) gluconate.

About the authors

A. S. Shumilkin

Lomonosov Moscow State University, Chemical Department, 119234 Moscow, Russian Federation; Bauman Moscow State Technical University, 105005 Moscow, Russian Federation

O. I. Vernaya

Lomonosov Moscow State University, Chemical Department, 119234 Moscow, Russian Federation; Bauman Moscow State Technical University, 105005 Moscow, Russian Federation

T. I. Shabatina

Lomonosov Moscow State University, Chemical Department, 119234 Moscow, Russian Federation; Bauman Moscow State Technical University, 105005 Moscow, Russian Federation

Email: tatyanashabatina@yandex.ru

A. V. Shabatin

The Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of the Russian Academy of Sciences, 119071 Moscow, Russian Federation

E. A. Ovchenkov

Lomonosov Moscow State University, Physical Department, 119234 Moscow, Russian Federation

D. A. Pankratov

Lomonosov Moscow State University, Chemical Department, 119234 Moscow, Russian Federation; Moscow Institute of Physics and Technology, 141700 Dolgoprudny, Russian Federation

M. Ya. Melnikov

Lomonosov Moscow State University, Chemical Department, 119234 Moscow, Russian Federation

References

  1. Tiberto P., Barrera G., Celegato F., Coïsson M., Chiolerio A., Martino P., Pandolfi P., Allia P. // Eur. Phys. J. 2013. V. 86. № 173. P. 10–15. https://doi.org/10.1140/epjb/e2013-30983-8
  2. Трахтенберг Л., Герасимов Г., Григорьев Е. // Журн. физ. химии. 1999. Т. 73. С. 264–276.
  3. Belle C. J., Bonamin A., Simon U., Santoyo-Salazar J., Pauly M., Bégin-Colin S., Pourroy G. // Sens. Actuators, B. 2011. V. 160. № 1. P. 942–950. https://doi.org/10.1016/j.snb.2011.09.008
  4. Liu M., Ye Y., Ye J., Gao T., Wang D., Chen G., Song Z. // Magnetochemistry. 2023. V. 9. P. 110. https://doi.org/10.3390/magnetochemistry9040110
  5. Kumar P., Tomar V., Kumar D., Joshi R.K., Nemiwal M. // Tetrahedron. 2022. V. 106–107. P. 132641.
  6. Vernaya O.I., Krotova I.N., Maksimov Yu.V., Rostovshchikova T.N.// Petrochemistry. 2017. V. 57. P. 96–102. https://doi.org/10.1134/S0965544116080181
  7. Trakhtenberg L., Ikim M., Ilegbusi O., Gromov V., Gerasimov G. // Chemosensors. 2023. V. 11. P. 320. https://doi.org/10.3390/chemosensors11060320
  8. Pigalskiy K.S., Vishnev A.A., Efimov N., Shabatin A., Trakhtenberg L. // Curr. Appl. Phys. 2022. V. 41. P. 116–122. https://doi.org/10.1016/j.cap.2022.06.019
  9. Pigalskiy K., Vishnev A., Efimov N.N., Shabatin A.V., Trakhtenberg L.I. // Ceram. Int. 2025 V. 51. P. 11037–11047. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.12.523
  10. Venkateswarlu S., Kumar B., Prathima B., SubbaRao Y., Jyothi N.V.V. // Arab. J. Chem. 2012. V. 4. P. 588–596. http://dx.doi.org/10.1016/j.arabjc.2014.09.006
  11. Kour S., Sharma R.K., Jasrotia R., Singh V. // AIP Conf. Proc. 2019. V. 2142. P. 090007. https://doi.org/10.1063/1.5122451
  12. Yue H., Shin J.M., Tegafaw T., Han H., Chae K.-S., Chang Y., Lee G. // J. Nanopart. Res. 2020. V. 22 P. 366. https://doi.org/10.1007/s11051-020-05101-4
  13. Shabatina T.I., Vernaya O.I., Shabatin V.P., Melnikov M.Y. // Magnetochemistry. 2020. V. 6. P. 30. https://doi.org/10.3390/magnetochemistry6030030
  14. Martin L.М.A., Sheng J., Zimba P.V., Zhu L., Fadare O.O., Haley C., Wang M., Phillips T.D., Conkle J., Xu W. // Nanomaterials. 2022. V. 12. P. 2348. https://doi.org/10.3390/nano12142348
  15. Shabatina T.I., Vernaya O.I., Shimanovskiy N.L., Melnikov M.Ya. // Pharmaceutics. 2023. V. 15. P. P1181. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15041181
  16. Al-Madhagi H., Yazbik V., Abdelwahed W., Alcha L. // BioNanoSci. 2023. V. 13. P. 853–859. https://doi.org/10.1007/S12668-023-01113-1
  17. Zambzickaite G., Talaikis M., Dobilas J., Stankevic V., Drabavicius A., Niaura G., Mikoliunaite L. // Materials. 2022. V. 15. P. 4008. https://doi.org/10.3390/ma15114008
  18. Horner O., Neveu S., de Montredon S., Siaugue J.-M., Cabuil V. // J. Nanopart. Res. 2009. V. 11. P. 1247–125. https://doi.org/10.1007/s11051-008-9582-x
  19. Yang X., Liu S., Liang T., Yan X., Zhang Y., Zhou Y., Sarkar B., Ok Y.S. // J. Hazard. Mater. 2022. V. 427. P. 128117. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.128117
  20. Abdulwahid F., Haider A.J., Al-Musawi S. // AIP Conf. Proc. 2023. V. 2769. P. 020039. https://doi.org/10.1063/5.0129824
  21. Gareev K.G., Grouzdev D.S., Kharitonskii P.V., Kosterov A., Koziaeva V.V., Sergienko E.S., Shevtsov M.A. // Magnetochemistry. 2021. V. 7. P. 86. https://doi.org/10.3390/magnetochemistry7060086
  22. Rostovshchikova T., Smirnov V., Kiseleva O., Yushcenko V., Tzodikov M., Maksimov Y., Suzdalev I., Kustov L., Tkachenko O. // Catal. Today. 2010. V. 152. P. 48–53. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2009.10.017
  23. Jones D.H., Srivastava K.K.P. // Phys. Rev. B. 1986. V. 34. P. 7542–7548. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.34.7542
  24. Zharkynbaeva R., Dzeranov A., Pankratov D., Saman D., Bondarenko L., Terekhova V., Tropskaya N., Mametova A., Kydralieva K. // Chem. Biol. Technol. Agric. 2024. V. 11. P. 14. https://doi.org/10.1186/s40538-023-00530-4
  25. Shoppert A., Valeev D., Diallo M.M., Loginova I., Beavogui M.C., Rakhmonov A., Ovchenkov Ye., Pankratov D. // Materials. 2022. V. 15. P. 8423. https://doi.org/10.3390/ma15238423
  26. Pankratov D.A., Dovletyarova E.A., Zhikharev A.P., Gusev A., Yáñez C., Neaman A. // Appl. Geochem. 2024. V. 166. P. 105982. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2024.105982
  27. Chernavskiy P.A., Novakova A.A., Pankina G.V., Pankratov D.A., Panfilov S.I., Petrovskaya G.A. // Magnetochemistry. 2023. V. 9. P. 228. https://doi.org/10.3390/magnetochemistry9110228
  28. Dzeranov A., Bondarenko L., Pankratov D., Prokof’ev M., Dzhardimalieva G., Jorobekova S., Tropskaya N., Telegina L., Kydralieva K. // Magnetochemistry. 2022. V. 9. P. 3. https://doi.org/10.3390/magnetochemistry9010003
  29. Dzeranov A., Bondarenko L., Pankratov D., Dzhardimalieva G., Jorobekova S., Saman D., Kydralieva K. // Magnetochemistry. 2023. V. 9. P. 18. https://doi.org/10.3390/magnetochemistry9010018
  30. Brok E., Frandsen C., Madsen D.E., Jacobsen H., Birk J.O., Lefmann K., Bendix J., Pedersen K.S., Boothroyd C.B., Berhe A.A., Simeoni G.G., Mørup S. // J. Phys. D.: Appl. Phys. 2014. V. 47. P. 365003. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/36/365003
  31. Martinez B., Roig A., Obradors X., Molins E., Rouanet A., Monty C. // J. Appl. Phys. 1996. V. 79. P. 2580–2586. http://dx.doi.org/10.1063/1.361125
  32. Bondarenko L., Baimuratova R., Reindl M., Zach V., Dzeranov A., Pankratov D., Kydralieva K., Dzhardimalieva G., Kolb D., Wagner F.E., Schwaminger S.P. // Heliyon. 2024. V. 10 P. e27640. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e27640
  33. Klygach D.S., Vakhitov M.G., Pankratov D.A., Zherebtsov D.A., Tolstoguzov D.S., Raddaoui Z., El Kossi S., Dhahri J., Vinnik D.A., Trukhanov A.V. // J. Magn. Magn. Mater. 2021. V. 526. P. 167694. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.167694
  34. Pankratov D.A., Anuchina M.M. // Mater. Chem. Phys. 2019. V. 231. P. 216–224. http://dx.doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.04.022
  35. Pankratov D.A. // Inorg. Mater. 2014. V. 50. P. 82–89. http://dx.doi.org/10.1134/S0020168514010154
  36. Bondarenko L.S., Pankratov D.A., Dzeranov A.A., Dzhardimalieva G., Streltsova A.N., Zarrelli M., Kydralieva K.A. // Mendeleev Commun. 2022. V. 32. P. 642–644. http://dx.doi.org/10.1016/j.mencom.2022.09.025
  37. Kicheeva A.G., Sushko E.S., Bondarenko L.S., Kydralieva K.A., Pankratov D.A., Tropskaya N.S., Dzeranov A.A., Dzhardimalieva G.I., Zarrelli M., Kudryasheva N.S. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. P. 1133. http://dx.doi.org/10.3390/ijms24021133
  38. Sawatzky G., Van Der Woude F., Morris A.H. // Phys. Rew. 1969. V. 183. P. 383–386. https://doi.org/10.1103/PhysRev.183.383
  39. Goya G.F., Berquó T.S., Fonseca F.C., Morales M.P. // J. Appl. Phys. 2003. V. 94. P. 3520–3528. https://doi.org/10.1063/1.1599959
  40. Martínez B., Roig A., Obradors X., Molins E., Rouanet A., Monty C. // J. Appl. Phys. 1996. V. 79. P. 2580–2586. https://doi.org/10.1063/1.361125

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».