Влияние размерного фактора на морфологию аблированных наночастиц диоксида церия

Цель исследования. Получение аблированных наночастиц диоксида церия в узкоразмерном диапазоне с заданными максимальным и минимальным значениями для определения зависимости морфологии частиц от размерного фактора.
Методы. По специально разработанной методике получены нанодисперсные растворы аблированных частиц диоксида церия, характеризующиеся узкоразмерным распределением. С помощью просвечивающей электронной микроскопии изучена морфология аблированных наночастиц диоксида церия, полученных посредством последовательного диспергирования и центрифугирования. С помощью рентгеновской дифрактометрии была исследована кристаллическая структура узкоразмерных групп наночастиц СеО2 и рассчитаны их области когерентного рассеивания.
Результаты. Выяснено, что при росте значений средних размеров аблированных наночастиц диоксида церия их морфология принимает сферическую форму. Установлено, что с увеличением размера частиц происходит уменьшение интенсивности рефлекса рентгеновской дифракции от кристаллографических плоскостей (111), но при этом возрастает интенсивность рефлекса от кристаллографических плоскостей (200). Установлено, что размеры областей когерентного рассеяния аблированных наночастиц диоксида церия для кристаллографических плоскостей (111) меняются в диапазоне от (21,8±0,2) нм до (38,2±0,2) нм, а для кристаллографических плоскостей (200) меняются в диапазоне от (22,9±0,2) нм до (42,5±0,2) нм с ростом размеров частиц. Разница между средними размерами наночастиц диоксида церия и размерами их ОКР обусловлена наличием аморфного поверхностного слоя.
Заключение. По результатам исследований, представленных в данной работе, установлено, что с увеличением размеров аблированных наночастиц диоксида церия их морфология меняется преимущественно от кубической формы к сферической, что проявляется в изменении соотношения интенсивностей рефлексов от различных кристаллографических плоскостей в их структуре.

1. Recent progress on cerium oxide‐based nanostructures for energy and environmental applications / S.K. Ray, R. Dahal, M.D. Ashie, S.M.M. Alonzo, B.R. KC, B.P. Bastakoti // Advanced Energy and Sustainability Research. Wiley, 2025. P. 2500022. https://doi.org/10.1002/aesr.202500022.

2. Cerium oxide anchored free-standing silicon nanowires as potential anode materials for electrochemical supercapacitor / B.K. Singh, Ravi Kumar, A.K. Satpati, S.S. Mahapatra // Journal of the Indian Chemical Society. 2025. Vol. 102, no. 1. P. 101504. https://doi.org/10.1016/j.jics.2024.101504.

3. Size impact of cerium oxide nanoparticles (CeO2) on ternary fuel blend using third-generation biodiesel in VCR diesel engine / N. Upadhyay, R.K. Das, S.K. Ghosh // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2024. Vol. 149, no. 9. P. 3851-3876. https://doi.org/10.1007/s10973-024-12958-3.

4. Modeling the kinetic behavior of reactive oxygen species with cerium dioxide nanoparticles / K. Reed, N. Bush, Z. Burns, G. Doherty, T. Foley, M. Milone [et al.] // Biomolecules. 2019. Vol. 9, no. 9. P. 447. https://doi.org/10.3390/biom9090447.

5. Ge X., Cao Z., Chu L. The antioxidant effect of the metal and metal-oxide nanoparticles // Antioxidants. 2022. Vol. 11. P. 791. https://doi.org/10.3390/antiox11040791.

6. Cerium oxide-decorated γ-Fe2O3 nanoparticles: Design, synthesis and in vivo effects on parameters of oxidative stress / M. Moskvin, I. Marková, H. Malínská, D. Miklánková, M. Hüttl, O. Oliyarnyk [et al.] // Frontiers in Chemistry. 2020. Vol. 8. P. 682. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00682.

7. Cerium and yttrium oxide nanoparticles are neuroprotective / D. Schubert, R. Dargusch, J. Raitano, S.W. Chan // Biochemical and biophysical research communications. 2006. Vol. 342, no. 1. P. 86-91. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2006.01.129.

8. Vacancy engineered ceria nanostructures for protection from radiation-induced cellular damage / R.W. Tarnuzzer, J. Colon, S. Patil, S. Seal // Nano letters. 2005. Vol. 5, no. 12. P. 2573- 2577. https://doi.org/10.1021/nl052024f.

9. Development of nanocarrier‐based oral pegfilgrastim formulations for mitigating hematopoietic acute radiation syndrome / Y. Zhu, D.N. Tavakol, H. Wang, S. He, B. Ponnaiya, Z. Zhu, [et al.] // Advanced Functional Materials. 2025. P. 2421462. https://doi.org/10.1002/adfm.202421462.

10. Differential effect of cerium nanoparticles on the viability, redox-status and Ca2+-signaling system of cancer cells of various origins / E.G. Varlamova, S.V. Gudkov, E.A. Turovsky // Archives of Biochemistry and Biophysics. 2025. Vol. 764. P. 110261. https://doi.org/10.1016/j.abb.2024.110261.

11. Cerium oxide nanoparticles: sustainable synthesis and diverse applications in electrical properties, catalysis and biomedicine / H.S. Lalithamba, G.K. Prashanth, H.K.E. Latha, A. Siddekha, G. Nagendra // Chemical Papers. 2025. Vol. 79, no. 1. P. 193-209. https://doi.org/10.1007/s11696-024-03770-2.

12. New insights of cerium oxide nanoparticles in head and neck cancer treatment / E. Tarakci, S. Esmkhani, J. Bayramova, F.M. Bilgin, K. Kidik, S. Adiguzel, Y. Tufan // Scientific Reports. 2025. Vol. 15, no. 1. P. 7665. https://doi.org/10.1038/s41598-025-85228-3.

13. Pugachevskii M.A., Panfilov V.I. Effect of the pulse laser radiation on the stabilization of the ZrO2 and HfO2 high-temperature phases // Solid state phenomena. 2016. Vol. 245. P. 200-203. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.245.200.

14. Особенности и направления развития метода лазерной абляции для синтеза наночастиц / Е.С. Шитова, Ф.В. Макаров, А.А. Перцев, А.П. Пономаренко, А.А. Штраус // Аналитика веществ и материалов. 2023. Т. 13, № 1. С. 48–54. https://doi.org/10.22184/2227-572x.2023.13.1.48.54.

15. Antioxidant properties of stabilized CeO2 nanoparticles / M.A. Pugachevskii, A.N. Chibisov, V.A. Mamontov, A.P. Kuzmenko // Physica status solidi (a). 2021. Vol. 218, no. 20. P. 2100355. https://doi.org/10.1002/pssa.202100355.

16. Effect of pH on antioxidant properties of ablated CeO2 nanoparticles in photocatalytic process / M.A. Pugachevskii, V.A. Mamontov, A.V. Syuy, A.P. Kuzmenko // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2022. Vol. 106. P. 74–76. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2021.10.036.

17. Antioxidant activity of ablated CeO2 nanoparticles with narrow-size distribution / V.A. Mamontov, M.A. Pugachevskii, P.P. Snetkov, R.K. Ratnesh // Engineering Proceedings. 2025. Vol. 87, no. 1. P. 55. https://doi.org/10.3390/engproc2025087055.

18. Effect of morphology and size on the thermodynamic stability of cerium oxide nanoparticles: Experiment and molecular dynamics calculation / A.N. Chibisov, M.A. Pugachevskii, A.P. Kuzmenko, M.M. Than, A.I. Kartsev // Nanotechnology Reviews. 2022. Vol. 11, no. 1. P. 620-624. https://doi.org/10.1515/ntrev-2022-0038.

19. Production of ablated CeO2 particles with nanodispersed compositional distribution / M.A. Pugachevskii, V.A. Mamontov, N.V. Aung, A.S. Chekadanov, A.P. Kuzmenko // Technical Physics Letters. 2020. Vol. 46. P. 1032-1035. https://doi.org/10.1134/S1063785020100259.