Preview

Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии

Расширенный поиск

Исследования физико-химических свойств аблированных наночастиц диоксида церия при фотокаталитическом процессе

https://doi.org/10.21869/2223-1528-2021-11-4-78-94

Аннотация

Цель исследования. Изучение влияния размерного фактора на ширину запрещенной зоны наночастиц диоксида церия и исследование антиоксидантных свойств нанодисперсных растворов аблированных частиц диоксида церия в условиях окислительной деградации органического красителя метиленового синего при протекании фотокаталитической реакции в зависимости от их размерных характеристик и pH среды растворов.

Методы. Характеризация аблированных наночастиц диоксида церия проводилась с помощью сканирующей электронной микроскопии; выполнялось исследование в видимом и ультрафиолетовом диапазонах спектров поглощения образцов с помощью оптического спектрофотометра. Изучалась антиоксидантная активность аблированных наночастиц в окислительной фотокаталитической реакции на примере органического красителя метиленового синего в зависимости от размерного состава наночастиц диоксида церия и pH среды систем. Методом лазерной абляции получены наночастицы диоксида церия, обладающие выраженными антиоксидантными свойствами.

Результаты. Методом сканирующей электронной микроскопии выявлено, что в водном растворе частицы диоксида церия агломерируют. После процесса центрифугирования количество агломератов в верхних слоях раствора с нанометровым размером порядка 10 нм увеличивается. Установлено, что при увеличении скорости центрифугирования нанодисперсных растворов растёт ширина запрещённой зоны наночастиц диоксида церия. Определены зависимости антиоксидантной активности наночастиц диоксида церия от их размерных характеристик. При увеличении pH среды растворов идёт рост интенсивности процесса инактивирования активных форм кислорода, образующихся в процессе фотокаталитической реакции.

Заключение. Наночастицы диоксида церия, аблированные импульсным лазерным излучением, являются новыми наноматериалами, представляющими собой антиоксиданты, способные инактивировать активные формы кислорода в окислительных процессах фотокаталитической реакции. Данные свойства наночастиц диоксида церия определяются содержанием на их поверхности дефектов типа кислородная вакансия.

Об авторах

В. А. Мамонтов
Юго-Западный государственный университет
Россия

Мамонтов Владимир Александрович,  магистрант  кафедры нанотехнологий, общей  и прикладной физики

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040



А. Ю. Рыженкова
Юго-Западный государственный университет
Россия

Рыженкова Анастасия Юрьевна, студент  кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040



М. А. Пугачевский
Юго-Западный государственный университет
Россия

Пугачевский Максим Александрович,  доктор физико-мататематических наук,  профессор кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики,  ведущий научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040



Ф. ф Ниязи
Юго-Западный государственный университет
Россия

Ниязи Фарух Фатехович, доктор химических наук, профессор

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040



Список литературы

1. Cerium oxide (CeO₂): synthesis, properties and applications / E. Aneggi, C. de Leitenburg, M. Boaro, P. Fornasiero, A. Trovarell; ed. by S. Scirè, L. Palmisan. Elsevier Science, 2020. P. 45–108, 109–167.

2. Dielectric properties and electronic transitions of porous and nanostructured cerium oxide films / S. Logothetidis, P. Patsalas, E. K. Evangelou, N. Konofaos, I. Tsiaoussis, N. Frangis // Mater. Sci. Eng. 2004. Vol. 109. P. 69–73. http://doi.org/10.1016/j.mseb.2003.10.048/

3. Patsalas P., Logothetidis S., Metaxa C. Optical performance of nanocrystalline transparent ceria films // Appl. Phys. Lett. 2002. Vol. 81. P. 466–468. http://doi.org/10.1063/1.1494458/

4. Vazirov R. A., Sokovnin S. Y., Ulitko M. Radiomodification of cell cultures of line Hela by cerium oxide nanoparticles to X-ray irradiation // Radiation and Applications. 2017. Vol. 2, is. 2. P. 139–141. http://doi.org/10.21175/RadJ.2017.02.029.

5. Antioxidant activity of cerium dioxide nanoparticles and nanorods in scavenging hydroxyl radicals / A. Filippi, F. Liu, J. Wilson [et al.] // RSC Advances. 2019. Vol. 9. P. 11077– 11081. http://doi.org/10.1039/C9RA00642G.

6. Cerium oxide nanoparticles with antioxidant capabilities and gadolinium integration for MRI contrast enhancement / P. Eriksson, A. A. Tal, A. Skallberget [et al.] // Sci. Rep. 2018. Vol. 8(1). P. 1–12. http://doi.org/10.1038/s41598-018-25390-2.

7. Исследование антиоксидантных свойств аблированных наночастиц диоксида церия в окислительной реакции Фентона / М. А. Пугачевский, В. А. Мамонтов, А. П. Кузьменко, Ю. А. Неручев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021. Т. 11, № 1. С. 61–74.

8. Physicochemical characterization and antioxidant properties of cerium oxide nanoparticles / R. A. Vazirov, S. Y. Sokovnin, V. G. Ilves, I. N. Bazhukova, N. Pizurova, M. V. Kuznetsov // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1115, is. 3. P. 1–6. http://doi.org/10.1088/1742-6596/1115/3/032094.

9. The role of cerium redox state in the SOD mimetic activity of nanoceria / E. G. Heckert, A. S. Karakoti, S. Seal, W. T. Self // Biomaterials. 2008. Vol. 29, is. 18. Р. 2705–2709. http://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2008.03.014.

10. Lattice expansion and oxygen non-stoichiometry of nanocrystalline ceria / A. B. Barancvicov, O. S. Ivanova, V. K. Ivanov, Y. D. Tretyakov // CrystEngComm. 2010. No. 12. P. 3531–3533. http://doi.org/10.1039/сOce00245c.

11. Oxygen-vacancy engineering of cerium-oxide nanoparticles for antioxidant activity / C. Gunawan, M. S. Lord, E. Lovell [et al.] // ACS Omega. 2019. Vol. 4, 5. P. 473–9479. http://doi.org/10.1021/acsomega.9b00521.

12. Cerium oxide nanoparticles: properties, biosynthesis and biomedical application / K. RB. Singh, V. Nayak, T. Sarkar, R. P. Singh // Royal Society of Chemistry. 2020. Vol. 10(45). P. 27194–27214. http://doi.org/10.1039/d0ra04736h.

13. Antibacterial and cytotoxic activities of cerium oxide nanoparticles prepared by laser ablation in liquid / S. A. Abid, A. A. Taha, R. A. Ismail, M. H. Mohsin // Environmental Science and Pollution Research. 2020. Vol. 27(24). Р. 30479–30489. http://doi.org/10.1007/s11356-02009332-9.

14. Lapin I. N., Shabalina A. V., Svetlichnyi V. A. Synthesis and сharacterization of CeO2 // Key Engineering Materials. 2016. Vol. 683. Р. 281–287. http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.683.281.

15. Yoshihiro T., Fumitaka M. Formation of wide bandgap cerium oxide nanoparticles by laser ablation in aqueous solution // Chemical Physics Letters. 2014. Vol. 599. Р. 110–115. http://doi.org/10.1016/j.cplett.2014.03.026

16. Synthesis routes of CeO2 nanoparticles dedicated to organophosphorus degradation: a benchmark / I. Trenque, G. C. Magnano, Bárta J. [et al.] // CrystEngComm. 2020. Vol. 22. Р. 1725–1737. http://doi.org/10.1039/c9cE01898K .

17. Аунг Ней Вин, Мамонтов В. А., Пугачевский М. А. Формирование наночастиц СеО2 методом лазерной абляции // Нанотехнологии: образование, наука, инновации: сборник статей X Всероссийской научно-практической конференции / отв. ред. П. А. Белов. Курск: Курск. гос. ун-т, 2019. С. 132–134.

18. Пугачевский М. А. Формирование структурных дефектов в наночастицах CeO2 при лазерной абляции // Письма в ЖТФ. 2017. Т. 43, В. 15. С. 28–33. http://doi.org/10.21883/PJTF.2017.15.44867.16821.

19. Synthesis of nanoparticles by laser ablation: A Review / K. Myungjoon, O. Saho, K. Taesung, H. Hidenori, S. Takafumi // KONA Powder and Particle Journal. 2017. Is. 34. P. 80–90. http://doi.org/10.14356/kona.2017009.

20. Получение аблированных частиц CeO2 с нанодисперсным распределением по составу / М. А. Пугачевский, В. А. Мамонтов, Ней Вин Аунг, А. С. Чекаданов, А. П. Кузьменко // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46. В. 20. С. 38–41. http://doi.org/10.21883/PJTF.2020.20.50155.18286.

21. Oxidation state and lattice expansion of CeO2–x nanoparticles as a function of particle size / L. J. Wu, H. J. Wiesmann, A. R. Moodenbaugh, R. F. Klie, Y. Zhu, D. O. Welch, M. Suenaga // Phys. Rev. B. 2004 Vol. 69 Р. 125415-1. http://doi.org/10.1103/

22. Size dependency variation in lattice parameter and valency states in nanocrystalline cerium oxide / S. Deshpande, S. Patil, S. V. N. T. Kuchibhatla, S. Seal // Appl. Phys. 2005. Vol. 87. Р. 133113. http://doi.org/10.1063/1.2061873.

23. Theoretical and experimental studies of structural defects in CeO2 nanoparticles / M. A. Pugachevskii, A. N. Chibisov, A. P. Kuzmenko, A. S. Fedorov // Solid state phenomena. 2020. Vol. 312. Р. 68–73. http://doi.org/10.4028/www.sceintific.net/SSP.312.68.

24. Пугачевский М. А., Панфилов В. И. Оптические свойства наночастиц HfO2, аблированных лазерным излучением // Журнал прикладной спектроскопии. 2014. Т. 81, № 4. С. 586–589.

25. Pugachevskii M. A. Ultraviolet absorption spectrum of laser-ablated titanium dioxide nanoparticles // Technical Physics Letters. 2013. Vol. 39, No. 1. Р. 36–38. http://doi.org/10.1134/s1063785013010239.

26. Вазиров Р. А., Соковнин С. Ю., Ильвес В. Г. Антиоксидантные свойства наночастиц диоксида церия // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвузовский сборник научных трудов / под общ. ред. В. М. Самсонова, Н. Ю. Сдобнякова. Тверь: Твер. гос. ун-т, 2018. Вып. 10. С. 196–203. http://doi.org/10.26456/pcascnn/2018.10.196.


Рецензия

Для цитирования:


Мамонтов В.А., Рыженкова А.Ю., Пугачевский М.А., Ниязи Ф.ф. Исследования физико-химических свойств аблированных наночастиц диоксида церия при фотокаталитическом процессе. Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021;11(4):78-94. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2021-11-4-78-94

For citation:


Mamontov V.A., Ryzhenkova A.Y., Pugachevsky M.A., Niyazi F.F. Research of the Physical and Chemical Properties of Ablated Cerium Dioxide Nanoparticles in the Photocatalytic Process. Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology. 2021;11(4):78-94. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1528-2021-11-4-78-94

Просмотров: 201


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2223-1528 (Print)