Фотохимический синтез наноразмерных частиц диоксида церия в спиртах

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Нанодисперсный диоксид церия - перспективный материал с множеством вариаций применения в различных областях науки и техники, в медицине и фотокатализе, поэтому возникает потребность в новых разработках быстрых и качественных методов его синтеза.

Для синтеза нанодисперсного диоксида церия чаще всего используют гидротермальный синтез [1-2]. Также в литературе описаны электрохимический [3] и золь-гель методы, химическое окисление соединений церия (III) [4]. Все перечисленные методы требуют использования дополнительных стабилизаторов при синтезе наночастиц или дорогостоящего оборудования. Нами предлагается использование фотохимического метода, отличительными особенностями которого являются простота аппаратурного оборудования, чистота эксперимента, экологичность и возможность регулирования размеров частиц в ходе синтеза.

Цель работы - разработка методики фотохимического получения наночастиц диоксида церия в спиртах (метанол, этанол, изопропанол и бутанол), установление закономерностей их образования, исследование оптических свойств и состава полученных частиц методами УФ/видимой спектроскопии и рентгено-дифракционного анализа.

Для получения наночастиц диоксида церия спиртовые и водно-спиртовые растворы Ce(NO3)3 в диапазоне концентраций от 0,0001 до 0,1М облучали монохроматическим УФ светом с длиной волны возбуждения 254 нм ртутной лампы Philips TUV 4W/G4 05, регистрируя на каждом этапе облучения спектры поглощения. Для изучения состава полученных частиц, облучённые растворы центрифугировали, промывали спиртом от избытка нитрата церия (III), выдерживали в сушильном шкафу при 60°С в течение часа, после чего прокаливали в муфельной печи при температуре 400-800°С в течение 60 минут.

Облучение 0.0005 M спиртовых растворов нитрата церия (III) в течение 3 минут приводит к появлению плеча при ~305 нм, что свидетельствует о формировании гидратированной формы диоксида церия. По мере облучения растворов происходит увеличение значений оптической плотности (1,0-1,7 отн.ед.D в зависимости от природы спирта) и батохромный сдвиг края полосы поглощения, что говорит об увеличении концентрации наночастиц диоксида церия в растворе и незначительном их укрупнении. Облучение 0,01-0,1М растворов Ce(NO3)3 в спиртах приводит к формированию гелеобразного осадка гидратированного диоксида церия светло-жёлтого цвета, с высокими значениями D при 305-320 нм.

Данные расчётов энергии запрещённой зоны, приведённые в табл., свидетельствуют о том, что независимо от природы спирта, по мере облучения происходит её уменьшение, связанное с незначительным увеличением размера наночастиц CeO2. При этом частицы, полученные в бутаноле, характеризуются наименьшими значениями Eg (3,17-3,04 эВ) и, следовательно, наибольшими размерами, а в этаноле, напротив, в связи с повышенными значениями Eg (3,65-3,50 эВ) размер образующихся частиц меньше.

Таблица 1. Значения ширины запрещённой зоны (эВ) наночастиц диоксида церия, полученных при облучении 0,0005 М растворов нитрата церия (III) в различных одноатомных спиртах.

Для подтверждения состава наночастиц диоксида церия использовался метод рентгено-дифракционного анализа. На рисунке представлена рентгенограмма наночастиц CeO2 с дифракционными пиками при 28.69, 33.2, 47.61, 56.53, 69.69 и 76.88, соответствующими (111), (200), (220), (311), (400) и (331) граням с гранецентрированной кубической кристаллической структурой.

дифракционный нанодисперсный диоксид церий

Рис, 1

Исходя из литературных данных [5], эти значения подтверждают кристаллическую структуру «церианита». Средний размер кристаллитов СеO2, рассчитанный по наиболее интенсивному пику (при 2? равном 28,69о), составляет 14 нм.

Список литературы

1. Zhong Lin Wang and Xiangdong Feng, J. Phys. Chem. B, 2003, Vol. 107, p. 13563-13566.

2. Иванов В.К., Полежаева О.С., Третьяков Ю.Д. // Рос. Хим. Журн. 2009. Т. 53. № 2. стр. 56-67.

3. Yanchun Zhou, Richard J. Philips, and Jay Switzer Electrochemical Synthesis and Sintering of Nanocrystalline Cerium (IV) Oxide Powders. // J. Am. Ceram. Soc., 1995, v.78, №4, p.981-85.

4. A. S. Karakoti, Satyanarayana V. N. T. Kuchibhatla, K. Suresh Babu, and S. Seal, J. Phys. Chem. C № 46, 2007, Vol. 111, p. 17232-17240

5. Natl Bur Stand (U.S.) Monogr. 25, 20, 38 (1983), JCPDS file 34-0394

Размещено на Allbest.ru