Сорбция комплексов титана с органическими кислотами на оксиде титана (IV)

Наталья Сергеевна Гейнц, Дмитрий Владимирович Воробьев, Елена Александровна Корина, Роман Сергеевич Морозов, Вячеслав Викторович Авдин, Анастасия Анатольевна Белозерова, Олег Игоревич Большаков

Аннотация


Нанокристаллический диоксид титана, по причине его эффективности, невысокой стоимости, нетоксичности, фото- и термической стабильности, является наиболее изученным полупроводниковым оксидным материалом, нашедшим применение в солнечных элементах Гретцеля, в качестве компонента керамических, композиционных, каталитических и сорбционных материалов. Эффективность нанокристаллического диоксида титана определяется множеством факторов, многие из которых контролируются методами нанотехнологии: размер частиц, кристалличность, фазовый состав, морфология и состав поверхности. Задача исследователей отследить, изучить, понять и в пределе превратить в манипулируемый инструмент контроля каждый из озвученных параметров. В этой работе мы рассматриваем сорбцию трёх различных органических комплексов на родственной фазе – оксиде титана в виде наночастиц. Сорбция комплексов рассматривается как контролируемый прирост фазы оксида и может быть в перспективе использована в качестве метода модификации поверхности. Описывается метод получения двух комплексов титана с органическими кислотами, один из которых – комплекс с фенилгликолевой кислотой – получен впервые. Сравнение физико-химических параметров сорбции органических комплексов титана показал, что абсолютные значения энергии Гиббса сорбции комплексов являются довольно низкими. Показано также, что самым высоким сродством обладает комплекс с лимонной кислотой, а наличие ароматической компоненты в органической кислоте почти вдвое увеличивает предельную концентрацию комплекса на поверхности сорбента.

Ключевые слова


оксид титана; пероксокомплекс титана; органические кислоты; адсорбция; свободная энергия Гиббса

Полный текст:

PDF

Литература


Diebold U. The Surface Science of Titanium Dioxide. Surf. Sci. Rep., 2003, vol. 5–8 (48), pp. 53–229. DOI: 10.1016/S0167-5729(02)00100-0

Truong Q.D., Dien L.X., Vo D.-V.N., Le T.S. Controlled Synthesis of Titania Using Water-Soluble Titanium Complexes. J. Solid State Chem., 2017, vol. 251, pp. 143–163. DOI: 10.1016/j.jssc.2017.04.017

Kharkar D.P., Patel C.C. Peroxy Titanium Oxalate. Proc. Indian Acad. Sci., 1956, vol. 44, pp. 287–306. DOI: 10.1007/BF03046055

Collins J.M., Uppal R., Incarvito C.D., Valentine A.M. Titanium(IV) Citrate Speciation and Structure under Environmentally and Biologically Relevant Conditions. Inorg. Chem., 2005, vol. 44, pp. 3431–3440. DOI: 10.1021/ic048158y

Rhine W.E., Hallock R.B., Davis W.M., Wong-Ng W. Synthesis and Crystal Structure of Barium Titanyl Oxalate, BaTi(O)(C2O4)2.5H2O: a Molecular Precursor for Barium Titanate (BaTiO3). Chem. Mater., 1992, vol. 4, pp. 1208–1216. DOI: 10.1021/cm00024a019

Nolan N.T., Seery M.K., Pillai S.C. Spectroscopic Investigation of the Anatase-to-Rutile Trans-formation of Sol-Gel-Synthesized TiO2 Photocatalysts. J. Phys. Chem. C., 2009, vol. 36 (113), pp. 16151–16157. DOI: 10.1063/1.5082479

Pambudi A.B., Kurniawati R., Iryani A. Effect of Calcination Temperature in the Synthesis of Carbon Doped TiO2 Without External Carbon Source. AIP Conf. Proc., 2018, vol. 2049, pp. 1–5. DOI: 10.1063/1.5082479

Kinsinger N.M., Wong A., Li D., Villalobos F., Kisailus D. Nucleation and Crystal Growth of Nanocrystalline Anatase and Rutile Phase TiO2 from a Water-Soluble Precursor. Cryst. Growth Des., 2010, vol. 10, pp. 5254–5261. DOI: 10.1021/cg101105t

Zhou H., Sun S., Ding H. Surface Organic Modification of TiO2 Powder and Relevant Character-ization. Adv. Mater. Sci. Eng., 2017, vol. 2017, pp. 1–8. DOI: 10.1155/2017/9562612

Primet M., Pichat P., Mathieu M.V. Infrared Study of the Surface of Titanium Dioxides. I. Hy-droxyl Groups. J. of Phys. Chem.,1971, vol. 9 (75), pp. 1216–1220. DOI: 10.1021/j100679a007

Lewis K.E., Parfitt G.D. Infra-Red Study of the Surface of Rutile. Trans. Farad. Soc., 1966, vol. 62, pp. 204–214. DOI: 10.1039/TF9666200204

Karkare M.M. Choice of Precursor not Affecting the Size of Anatase TiO2 Nanoparticles but Affecting Morphology Under Broader View. Int. Nano. Lett., 2014, vol. 4, pp. 1–8. DOI: 10.1007/s40089-014-0111-x

Hafizah N., Sopyan I. Nanosized TiO2 Photocatalyst Powder via Sol-Gel Method: Effect of Hy-drolysis Degree on Powder Properties. Int. J. Photoenergy., 2009, pp. 1–8. DOI: 10.1155/2009/962783

Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W. Physisorption of Gases, with Special Reference to the Evaluation of Surface Area and Pore Size Distribution (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem., 2015, vol. 87, pp. 1051–1069. DOI: 10.1515/pac-2014-1117

Praveen P., Viruthagiri G., Mugundan S., Shanmugam N. Sol-Gel Synthesis and Characteriza-tion of Pure and Manganese Doped TiO2 Nanoparticles – A New NLO Active Material. Spectrochim. Acta A., 2014, vol. 120, pp. 548–557. DOI: 10.1016/j.saa.2013.12.006

Bagheri S., Shameli K., Hamid S.B.A. Synthesis and Characterization of Anatase Titanium Dioxide Nanoparticles Using Egg White Solution via Sol-Gel Method. J. Chem., 2012, vol. 2013, pp. 1–5. DOI: 10.1155/2013/848205

Araghi M.E.A., Shaban N., Bahar M. Synthesis and Characterization of Nanocrystalline Barium Strontium Titanate Powder by a Modified Sol-Gel Processing. Mater. Sci., 2016, vol. 34(1), pp. 63–68. DOI: 10.1515/msp-2016-0020

Devi R.S., Venckatesh R., Sivaraj R. Synthesis of Titanium Dioxide Nanoparticles by Sol-Gel Technique. IJIRSET., 2014, vol. 3(8), pp. 15206–15211. DOI: 10.15680/IJIRSET.2014.0308020

Kakihana M., Tada M., Shiro M. Structure and Stability of Water Soluble (NH4)8[Ti4(C6H4O7)4(O2)4]•8H2O. Inorg. Chem., 2001, vol. 5, pp. 891–894. DOI: 10.1021/ic001098l

Guy A., Jones P., Hill S.J. Identification and Chromatographic Separation of Antimony Species with α-Hydroxy Acids. Analyst., 1998, vol. 123, pp. 1513–1518. DOI: 10.1039/A708574E

Kakihana M., Tomita K., Petrykin V., Tada M., Sasaki S., Nakamura Y. Chelating of Titanium by Lactic Acid in the Water-Soluble Diammonium Tris(2-hydroxypropionato)titanate(IV). Inorg. Chem., 2004, vol. 43, pp. 4546–4548. DOI: 10.1021/ic040031l

Tomita K., Petrykin V., Kobayashi M., Shiro M., Yoshimura M., Kakihana M. A Water-Soluble Titanium Complex for the Selective Synthesis of Nanocrystalline Brookite, Rutile, and Anatase by a Hydrothermal Method. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2006, vol. 45, pp. 2378–2381. DOI: 10.1002/anie.200503565

Tomita K., Kobayashi M., Petrykin V., Yin S., Sato T., Yoshimura M., Kakihana M. Hydro-thermal Synthesis of TiO2 Nanoparticles Using Novel Water-Soluble Titanium Complexes. J. Mater. Sci., 2008, vol. 43, pp. 2217–2221. DOI: 10.1007/s10853-007-2113-9

Kobayashi M., Petrykin V., Kakihana M., Tomita K. Hydrothermal Synthesis and Photocatalytic Activity of Whisker‐Like Rutile‐Type Titanium Dioxide. J. Am. Ceram., 2009, vol. 92, pp. S21–S26. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2008.02641.x

Chiang Y., Kresge A.J., Pruszynski P., Schepp N.P., Wirz J. The Enol of Mandelic Acid, Detec-tion, Acidity in Aqueous Solution, and Estimation of the Keto-Enol Equilibrium Constant and Carbon Acidity of Mandelic Acid. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1990, vol. 29, pp. 792–794. DOI: 10.1002/anie.199007921


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.