Фундаментальное материаловедение

Синтез стабильных коллоидных растворов сферических наночастиц диоксида
церия в неполярных органических растворителях в обратный мицеллах АОТ
Ярошинская Н.В.
студентка
Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Москва, Россия
E-mail: natasha1298@yandex.ru
Нанокристаллический CeO2 является перспективным оксидным материалом,
который находит широкое применение вследствие своих уникальных физикохимических
свойств. Так, например, диоксид церия используется в составе защитных
покрытий, поглощающих УФ-излучение, а также в сенсорных устройствах,
позволяющих определять малые количества примесей в газовых смесях. Особый интерес
вызывают каталитические свойства диоксида церия и твердых растворов на его основе.
К настоящему времени разработано значительное число методик синтеза
нанодисперсного CeO2, большинство из которых основаны на реакциях, протекающих в
растворах. На практике наиболее важным фактором при выборе способа синтеза СеО2
оказывается возможность направленного варьирования размера получаемых частиц.
Целью данной работы являлось получение дезагрегированных сферических
наночастиц СеО2 заданного размера. Синтез проводился в обратных мицеллах
сульфосукцината натрия (АОТ) в изооктане либо толуоле: мицеллярные растворы
нитрата церия (III) и тетраметиламмонийгидроксида (ТМАГ) сливали и перемешивали
на магнитной мешалке в течение двух часов. Полученный коллоидный раствор во всех
случаях был прозрачным, в изооктане, как правило, при малых количествах нитрата
церия бесцветным, в толуоле – желтым. Раствор остается стабильным в течение
длительного времени (>года).
Были проведены эксперименты с варьированием количества нитрата церия, а также
соотношения количеств воды и АОТ. Размер частиц и микроморфология образцов были
изучены с помощью ПЭМ. Оказалось, что при изменении количества Ce(NO3)3 размер
частиц практически не менялся, в то время как увеличение ω ( )
приводило к заметному увеличению размера частиц. Так, средний диаметр частиц,
синтезированных в растворе с ω=2.5, составлял примерно 1.2 нм, а в растворе с ω=10 –
4.5 нм. Однако все образцы состояли из частиц с достаточно большим разбросом
размеров.
Наночастицы были выделены из раствора осаждением с помощью ацетона, при этом
в полученном образце содержались лишь наиболее крупные частицы, которые, кроме
того, были склонны к агрегации. Похожие результаты были получены при осаждении
концентрированной перекисью водорода, которая, как было отмечено в ряде работ,
способна удалять молекулы АОТ с поверхности наночастиц.
Все образцы были проанализированы с помощью УФ-видимой спектроскопии, по
полученным данным была определена ШЗЗ каждого образца, на основании которой
были посчитаны диаметры частиц, достаточно точно коррелирующие с данными ПЭМ.
Также был предположительно получен твердый раствор диоксида циркония в СеО2.
Мицеллярные растворы смеси нитрата церия (III) и цирконил-нитрата и ТМАГ как и
прежде соединяли и перемешивали в течении двух часов. Затем полученный раствор
помещался в автоклав и выдерживался 3 часа при 180˚С. При обработке в автоклаве
частицы образовывали крупные агрегаты (50-60 нм), склонные к самоорганизации в
одномерные цепи. При добавлении перекиси агрегаты распадались на частицы размером
5-6 нм.