Синтез порожнинних наносфер з діоксиду кремнію/титану

P. P. Gorbyk; I. V. Dubrovin; G. N. Kashin; Yu. O. Demchenko

P. P. Gorbyk Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
I. V. Dubrovin Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
G. N. Kashin Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України
Yu. O. Demchenko Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України

Анотація

Запропоновано просту і ефективну методику синтезу порожнинних наносфер з суміші діоксиду титану та діоксиду кремнію. У цій методиці синтез порожнинних наносфер проводили на поверхні частинок аерозолю розчинів тетрахлоридів кремнію та титану в гідрофобних розчинниках.

Порожнинні сфери досліджували методами скануючої електронної мікроскопії, рентгенівської дифракції, термічного аналізу і аналізу ізотерми адсорбції/десорбції N₂. Була проведена систематична оцінка впливу концентрацій тетрахлориду титану на морфологію, пористість і середній розмір пор, питому площу поверхні одержаних сфер. Було проведено порівняння фотокаталітичної активності одержаних порожнинних сфер SiO₂/TiO₂ з різною концентрацією TiO₂, при цьому в якості модельної реакції використовувалась фотокаталітична деградація метиленового синього при взаємодії з ультрафіолетовим і видимим світлом.

Посилання

Горбик П.П., Дубровін І.В., Співак О.А., Філоненко М.М., Чуйко О.О. Синтез порожнинних наносфер з оксиду кремнію // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. – 2005. – T. 3, № 3. – С. 653 – 660.

Бердоносов С.С., Бузин О.И., Мелихов И.В., Богданов А.Г. Топохимический маршрут синтеза текстур в форме полых сфер // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. – 1998. – Т. 39, № 2. – C. 134.

Горбик П.П., Дубровін І.В., Демченко Ю.О., Кашин Г.М. Синтез і структура порожнинних наносфер діоксиду титану // Поверхность. – 2009. – Вып. 1(16). – С. 185–192.

Chen Ly, Gu Yl, Shi L, Yang Zh, Ma Jh, Qian Yt. A room-temperature approach to boron nitride hollow spheres // Solid State Commun. – 2004. – V. 130, N 8. – Р. 537–540.

Shiho H., Kawahashi N. Titanium compounds as coatings on polystyrene latices and as hollow spheres // Colloid Polym. Sci. – 2000. – V. 278. – Р. 270–274.

Zhongwei Niu, Zhenzhong Yang, Zhibing Hu, Yunfeng Lu, Han, C.C. Polyaniline-silica composite conductive capsules and hollow spheres // Advanced Functional Materials. – 2003. – V.13, N 12. – Р. 949–954.

Панченков Г.М, Лебедев В.П. Химическая кинетика и катализ. – Москва: Химия, 1974. – 592 с.

Imhof A. Preparation and characterization of titania-coated polystyrene spheres and hollow titania shells // Langmuir. – 2001. – V. 17. – P. 3579–3585.

Chen M., Wu L.M., Zhou S.X., You B. A method for the fabrication of monodisperse hollow silica spheres // Adv. Mater. – 2006. – V. 18. – P. 801–806.

Xia Y.N., Gates B., Yin Y.D., Lu Y. Monodispersed colloidal spheres: old materials with new applications // Adv. Mater. – 2000. – V. 12. – P. 693–713.

Zhong Z.Y., Yin Y. D., Gates B., Xia Y.N. Preparation of mesoscale hollow spheres of tio₂ and sno₂ by templating against crystalline arrays of polystyrene beads // Adv. Mater. – 2000. – V. 12. – P. 206–209.

Nakamura H., Ishii M., Tsukigase A., Harada M., Nakano H. Close-packed colloidal crystalline arrays composed of polystyrene latex coated with titania nanosheets // Langmuir. – 2005. – V. 21. – P. 8918–8922.

Caruso F., Caruso R. A., Möhwald H. Nanoengineering of inorganic and hybrid hollow spheres by colloidal templating // Science. – 1998. – V. 282. – P. 1111–1114.

Wang D. Y., Caruso F. Polyelectrolyte-coated colloid spheres as templates for sol-gel reactions // Chem. Mater. – 2002. – V. 14. – P. 1909–1913.

Yu A., Wang Y., Barlow E., Caurso F. Mesoporous silica particles as templates for preparing enzyme-loaded biocompatible microcapsules // Adv. Mater. – 2005. – V. 17. – P. 1737–1741.

Duan H. W., Wang D.Y., Sobal N.S., Giersig M., Kurth D.G., Mohwald H. Magnetic colloidosomes derived from nanoparticle interfacial self-assembly // Nano Lett. – 2005. – V. 5. – P. 949–952.

Zhang K., Zhang X.H., Chen H.T., Chen X., Zheng L.L., Zhang J.H., Yang B. Hollow titania spheres with movable silica spheres inside // Langmuir. – 2004. – V. 20. – P. 11312–11314.

Li W.J., Coppens M.O. Synthesis and characterization of stable hollow Ti-silica microspheres with a mesoporous shell // Chem. Mater. – 2005. – V. 17. – P. 2241–2246.

Csetneki I., Filipcsei G., Zrinyl M. Smart nanocomposite polymer membranes with on/off switching control // Macromolecules. – 2006. – V. 39. – P. 1939–1942.

Ma Y., Qi L. Solution-phase synthesis of inorganic hollow structures by templating strategies // J. Colloid Interface Sci. – 2009. – V. 335. – P. 1–10.

Yang M., Ma J., Zhang C.L., Yang Z.Z., Lu Y.F. General synthetic route toward functional hollow spheres with double-shelled structures // Angew. Chem. – 2005. – V. 44. – P. 6727–6730.

Shchukin D.G., Ustinovich E.A., Sukhorukov G.B., Mohwald H., Sviridov D.V. Metallized polyelectrolyte microcapsules // Adv. Mater. – 2005. – V. 17. – P. 468–472.

Ren M.M., Ravikrishna R., Valsaraj K.T. Photocatalytic degradation of gaseous organic species on photonic band-gap titania // Environ. Sci. Technol. – 2006. – V. 40. – P. 7029–7033.

Jiang P., Bertone J.F., Colvin V.L. A lost-wax approach to monodisperse colloids and their crystals // Science. – 2001. – V. 291. – P. 453–457.

Li Y., Shi J., Hua Z., Chen H., Ruan M., Yan D. Hollow spheres of mesoporous aluminosilicate with a three-dimensional pore network and extraordinarily high hydrothermal stability // Nano Lett. – 2003. – V. 3. – P. 609–612.

Aoi Y., Kambayashi H., Kamijo E., Deki S. Synthesis of mesoscopic hollow spheres and inner surface functionalized hollow spheres of titanium dioxide by the liquid phase deposition method // J. Mater. Res. – 2003. - V. 18, N 12. – P. 2832–2836.

Koo H.-J., Kim Y. J., Lee Y. H., Lee W. I., Kim K., Park N.-G. Nano-embossed hollow spherical tio₂ as bifunctional material for high-efficiency dye-sensitized solar cells // Adv. Materials. – 2008. − V. 20, Iss. 1. – P. 195–199.

Caruso Frank, Caruso Rachel A., Möhwald Helmuth. Nanoengineering of inorganic and hybrid hollow spheres by colloidal templating // Science. – 1998 – V. 282, N 5391. – P. 1111–1114.

Ni Pei-Gen, Cheng Bing-Ying, Dong Peng and Zhang Dao-Zhong. A novel titania membrane with uniform macropores // Chinese Phys. Lett. – 2001. – V. 18. – P. 1610–1612.

Syoufian Akhmad, Satriya Oktaviano H., Nakashima Kenichi. Photocatalytic activity of titania hollow spheres: photodecomposition of methylene blue as a target molecule // Catal. Commun. – 2007. – V. 8, N 5. – P. 755–759.

Xuefeng Song, Lian Gao. Fabrication of hollow hybrid microspheres coated with silica/titania via sol-gel process and enhanced photocatalytic activities // J. Phys. Chem. C. – 2007. – V. 111, N 23. – P. 8180–8187.

Titanium dioxide pigment coated with hollow bodies and method for its manufacture. United States Patent 7288146 (Oct. 30, 2007).

Navrotsky A. Energetics of nanoparticle oxides: interplay between surface energy and polymorphism // Geochem. Trans. – 2003. – V. 4. – P. 34–37.

Wang X.C., Yu J.C., Ho C.M., Hou Y.D., Fu X.Z. Photocatalytic activity of a hieratically macro/mesoporous titania // Langmuir. – 2005. – V. 21. – P. 2552–2559.

Martyanov I.N., Uma S., Rodrigues S., Klabunde K.J. Structural defects cause TiO₂-based photocatalysts to be active in visible light // Chem. Commun. – 2004 – V. 7, N 21. – P. 2476–2477.

Meagher E.P., Lager G.A. Polyhedral thermal expansion in the TiO₂ polymorphs: Refinement of the crystal structure of rutile and brookite at high temperature. Sample at 900 degrees C // Canad. Mineral. – 1979. – V. 17. – P. 77–85.

Horn M., Schwerdtfeger C.F., Meagher E.P. Refinement of the structure of anatase at several temperatures Sample: T = 300 C locality: legenbach quarry, Binnatal, Switzerland // Zeitschrift fur Kristallographie. – 1972. – V. 136. – P. 273–281.