Стабилизация наночастиц диоксида титана метилцеллюлозой

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В данной работе проводили синтез наночастиц диоксида титана, стабилизированного метилцеллюлозой методом химического осаждения в водной среде. В качестве прекурсора использовали тетраизопропилат титана, а в качестве осадителя – 12,5% водный раствор аммиака. При исследовании микроструктуры поверхности полученных образцов было обнаружено, что наночастицы диоксида титана, стабилизированные метилцеллюлозой, образуют сферические частицы диаметром от 70 до 100 нм, из которых далее формируются конгломераты сферической формы диаметром до 2 мкм. Исследование фазового состава показало, что образец обладает аморфной структурой с тетрагональной кристаллической решеткой. Для определения оптимального типа взаимодействия частиц диоксида титана с метилцеллюлозой проводили компьютерное квантово-химическое моделирование. Выявили, что процесс стабилизации наночастиц диоксида титана метилцеллюлозой энергетически выгоден и взаимодействие происходит через гидроксильную группу. Для подтверждения результатов моделирования образцы исследовали методом ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье. Анализ результатов выявил, что взаимодействие наночастиц диоксида титана происходит с заряженной группой OH.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Нагдалян

Северо-Кавказский федеральный университет

Email: pirogov.m.2002@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6782-2821

к.т.н., доц.

Россия, Ставрополь

А. Б. Голик

Северо-Кавказский федеральный университет

Email: pirogov.m.2002@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2580-9474

асс.

Россия, Ставрополь

М. А. Пирогов

Северо-Кавказский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: pirogov.m.2002@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9217-6262

лаб.

Россия, Ставрополь

Е. Д. Назаретова

Северо-Кавказский федеральный университет

Email: pirogov.m.2002@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1850-8043

лаб.

Россия, Ставрополь

М. Н. Веревкина

Ставропольский государственный аграрный университет

Email: pirogov.m.2002@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9928-8379

к.б.н.

Россия, Ставрополь

А. Н. Симонов

Ставропольский государственный аграрный университет

Email: pirogov.m.2002@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8022-0692

к.б.н.

Россия, Ставрополь

А. В. Татов

Северо-Кавказский федеральный университет

Email: pirogov.m.2002@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-8842-232X

лаб.

Россия, Ставрополь

Список литературы

  1. Полиенко И.А., Найман А.С. Титан и его соединения: применение в строительных материалах // Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г.Шухова. 2022. С. 117–122.
  2. Mele G., Del Sole R., Lü X. Applications of TiO2 in sensor devices // Titanium Dioxide (TiO₂) and Its Applications. Elsevier. 2021. PP. 527–581.
  3. Arun J. et al. Synthesis and application of titanium dioxide photocatalysis for energy, decontamination and viral disinfection: A review // Environmental Chemistry Letters. 2023. Vol. 21. No. 1. PP. 339–362.
  4. Irshad M.A. et al. Synthesis, characterization and advanced sustainable applications of titanium dioxide nanoparticles: A review // Ecotoxicology and environmental safety. 2021. Vol. 212. P. 111978.
  5. Drozdov A.N. et al. The Solar Cell Based on Gretzel’s Cell Release in the Oil and Gas Industry // 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). IEEE. 2021. PP. 1305–1309.
  6. Tong H. et al. Fabrication of tubular porous titanium membrane electrode and application in electrochemical membrane reactor for treatment of wastewater // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2021. Vol. 96. PP. 269–276.
  7. Al-Madanat O. et al. Application of EPR spectroscopy in TiO2 and Nb2O5 photocatalysis // Catalysts. 2021. Vol. 11. No. 12. P. 1514.
  8. Racovita A.D. Titanium dioxide: structure, impact, and toxicity // International journal of environmental research and public health. 2022. Vol. 19. No. 9. P. 5681.
  9. Zhao J. et al. The challenges and opportunities for TiO2 nanostructures in gas sensing // ACS sensors. 2024. Т. 9. № 4. С. 1644–1655.
  10. Jaison A., Mohan A., Lee Y.C. Recent developments in photocatalytic nanotechnology for purifying air polluted with volatile organic compounds: effect of operating parameters and catalyst deactivation // Catalysts. 2023. Vol. 13. No. 2. P. 407.
  11. Soni V. et al. Current perspective in metal oxide based photocatalysts for virus disinfection: A review // Journal of Environmental Management. 2022. Vol. 308. P. 114617.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис.1. СЭМ-микрофотографии образца наноразмерного диоксида титана, стабилизированного метилцеллюлозой

Скачать (309KB)
3. Рис.2. Дифрактограмма образца наночастиц диоксида титана, стабилизированного метилцеллюлозой

Скачать (82KB)
4. Рис.3. Результаты моделирования взаимодействия молекулы метилцеллюлозы и оксида титана через гидроксильную группу, присоединенную к C6 остатка глюкопиранозы: a – модель молекулярного комплекса; b – распределение электронной плотности; c – градиент распределения электронной плотности; d – высшая заселенная молекулярная орбиталь (HOMO); e – низшая свободная молекулярная орбиталь (LUMO)

Скачать (150KB)
5. Рис.4. Результаты моделирования взаимодействия молекулы метилцеллюлозы и оксида титана через гидроксильную группу, присоединенную к C3 остатка глюкопиранозы: а – модель молекулярного комплекса; b – распределение электронной плотности; c – градиент распределения электронной плотности; d – высшая заселенная молекулярная орбиталь (HOMO); e – низшая свободная молекулярная орбиталь (LUMO)

Скачать (154KB)
6. Рис.5. Результаты моделирования взаимодействия молекулы метилцеллюлозы и оксида титана через гидроксильную группу, присоединенную к C2 остатка глюкопиранозы: a – модель молекулярного комплекса; b – распределение электронной плотности; c – градиент распределения электронной плотности; d – высшая заселенная молекулярная орбиталь (HOMO); e – низшая свободная молекулярная орбиталь (LUMO)

Скачать (157KB)
7. Рис.6. ИК-спектр наночастиц диоксида титана, стабилизированных метилцеллюлозой: a – ИК-спектр метилцеллюлозы; b – ИК-спектр наночастиц диоксида титана, стабилизированных МЦ; c – ИК-спектр диоксида титана

Скачать (89KB)

© Нагдалян А.А., Голик А.Б., Пирогов М.А., Назаретова Е.Д., Веревкина М.Н., Симонов А.Н., Татов А.В., 2025