Синтез и исследование структуры наноразмерного оксида меди (II), стабилизированного полиэтиленгликолем

Разработана методика синтеза наночастиц оксида меди золь-гель методом, стабилизированных полиэтиленгликолем, получены образцы, исследованы их структура, морфология и свойства. Методом фотонно-корреляционной спектроскопии установлено, что наночастицы оксида меди имеют мономодальное распределение со средним гидродинамическим радиусом частиц порядка 50 нм вне зависимости от молярной массы стабилизатора. Обнаружено, что все образцы имеют полосу светопоглощения при 290 нм. Установлено, что образцы оксида меди состоят из агрегатов, сформированы из сферических наночастиц диаметром от 10 до 30 нм. Анализ фазового состава образцов оксида меди выявил, что образцы состоят из частиц, имеющих моноклинную структуру. Проведено моделирование процесса взаимодействия полиэтиленгликоля с оксидом меди. Показано, что наиболее энергетически выгодная модель взаимодействия включает в себя образование связей между внутримолекулярными соседними эфирными атомами кислорода и атомом меди

Исследование выполнено при финансовой поддержке Совета по грантам при Президенте Российской Федерации (проект СП-1191.2019.4)

Литература

[1] Ahmadi S.J., Outokesh M., Hosseinpour M., et al. A simple granulation technique for preparing high-porosity nano copper oxide (II) catalyst beads. Particuology, 2011, vol. 9, iss. 5, pp. 480--485. DOI: https://doi.org/10.1016/j.partic.2011.02.010

[2] Shalan A.E., Rashad M.M., Yu Y., et al. Controlling the microstructure and properties of titania nanopowders for high efficiency dye sensitized solar cells. Electrochim. Acta, 2013, vol. 89, pp. 469--478. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.11.091

[3] Yu X., Marks T.J., Facchetti A. Metal oxides for optoelectronic applications. Nat. Mater., 2016, vol. 15, no. 4, pp. 383--396. DOI: https://doi.org/10.1038/nmat4599

[4] Perng D.-C., Hong M.-H., Chen K.-H., et al. Enhancement of short-circuit current density in Cu2O/ZnO heterojunction solar cells. J. Alloy. Compd., 2017, vol. 695, pp. 549--554. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.11.119

[5] Ramgir N., Datta N., Kaur M., et al. Metal oxide nanowires for chemiresistive gas sensors: issues, challenges and prospects. Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp., 2013, vol. 439, pp. 101--116. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2013.02.029

[6] Jang J., Kitsomboonloha R., Swisher S.L., et al. Transparent high-performance thin film transistors from solution-processed SnO₂/ZrO₂ gel-like precursors. Adv. Mater., vol. 25, iss. 7, pp. 1042--1047. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201202997

[7] Gupta D., Meher S.R., Illyaskutty N., et al. Facile synthesis of Cu₂O and CuO nanoparticles and study of their structural, optical and electronic properties. J. Alloy. Compd., 2018, vol. 743, pp. 737--745. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.01.181

[8] Keimer B., Kivelson S.A., Norman M.R., et al. From quantum matter to high-temperature superconductivity in copper oxides. Nature, 2015, vol. 518, no. 7538, pp. 179--186. DOI: https://doi.org/10.1038/nature14165

[9] Jang J., Chung S., Kang H., et al. P-type CuO and Cu2O transistors derived from a sol-gel copper (II) acetate monohydrate precursor. Thin Solid Films, 2016, vol. 600, pp. 157--161. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2016.01.036

[10] Моисеева Т.А., Мясоедова Т.Н., Петров В.В. и др. Разработка газочувствительного элемента на основе пленок оксидов меди для датчика аммиака. Инженерный вестник Дона, 2012, № 4-2. URL: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1347

[11] Breedon M., Zhuiykov S., Miura N. The synthesis and gas sensitivity of CuO microdimensional structures featuring a stepped morphology. Mater. Lett., 2012, vol. 82, pp. 51--53. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2012.05.024

[12] Гульченко С.И., Гусев А.А., Захаров О.В. Перспективы создания антибактериальных препаратов на основе наночастиц меди. Вестник Тамбовского университета. Сер. Естественные и технические науки, 2014, т. 19, № 5, с. 1397--1399.

[13] Javed R., Ahmed M., Haq I. ul, et al. PVP and PEG doped CuO nanoparticles are more biologically active: antibacterial, antioxidant, antidiabetic and cytotoxic perspective. Mater. Sci. Eng. C, 2017, vol. 79, pp. 108--115. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.05.006

[14] Jadhav S., Gaikwad S., Nimse M., et al. Copper oxide nanoparticles: synthesis, characterization and their antibacterial activity. J. Clust. Sci., 2011, vol. 22, iss. 2, pp. 121--129. DOI: https://doi.org/10.1007/s10876-011-0349-7

[15] Etefagh R., Azhir E., Shahtahmasebi N. Synthesis of CuO nanoparticles and fabrication of nanostructural layer biosensors for detecting Aspergillus niger fungi. Scientia Iranica, 2013, vol. 20, no. 3, pp. 1055--1058.

[16] Арсентьева И.П., Зотова Е.С., Фолманис Г.Э. и др. Аттестация и применения наночастиц металлов в качестве биологических активных препаратов. Нанотехника, 2007, спец. вып. Нанотехнологии в медицине, с. 72--77.

[17] Sankar R., Maheswari R., Karthik S., et al. Anticancer activity of Ficus religiosa engineered copper oxide nanoparticles. Mater. Sci. Eng. C, 2014, vol. 44, pp. 234--239. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2014.08.030

[18] Wang H., Xu J.-Z., Zhu J.-J., et al. Preparation of CuO nanoparticles by microwave irradiation. J. Cryst. Growth, 2002, vol. 244, iss. 1, pp. 88--94. DOI: https://doi.org/10.1016/s0022-0248(02)01571-3

[19] Hosny N.M., Zoromba M.S. Polymethacrylic acid as a new precursor of CuO nanoparticles. J. Mol. Struct., 2012, vol. 1027, pp. 128--132. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2012.05.081

[20] Agarwal R., Verma K., Agrawal N.K., et al. Synthesis, characterization, thermal conductivity and sensitivity of CuO nanofluids. Appl. Therm. Eng., 2016, vol. 102, pp. 1024--1036. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.04.051

[21] Kayani Z.N., Ali Y., Kiran F., et al. Fabrication of copper oxide nanoparticles by sol-gel route. Mater. Today Proc., 2015, vol. 2, iss. 10, part B, pp. 5446--5449. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2015.11.067

[22] Padil V.V., Cernik M. Green synthesis of copper oxide nanoparticles using gum karaya as a biotemplate and their antibacterial application. Int. J. Nanomedicine, 2013, vol. 8, iss. 1, pp. 889--898. DOI: https://doi.org/10.2147/ijn.s40599

[23] Salavati-Niasari M., Davar F. Synthesis of copper and copper (I) oxide nanoparticles by thermal decomposition of a new precursor. Mater. Lett., 2009, vol. 63, iss. 3-4, pp. 441--443. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2008.11.023

[24] Авчинникова Е.А., Воробьева С.А. Синтез и свойства наночастиц меди, стабилизированных полиэтиленгликолем. Вестник БГУ. Серия 2: Химия. Биология. География, 2013, № 3, с. 12--16.