ХІМІЯ, ФІЗИКА ТА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ

ISSN 2518-1238 (Online), ISSN 2079-1704 (Print)

Методами рентгенофазового і термогравіметричного аналізу, скануючої електронної мікроскопії та енерго-дисперсійної спектроскопії проведено дослідження продуктів фазоутворення при осадженні солей лантану і церію в присутності нітрату срібла і допоміжних речовин осадників, зародкоутворювачів і регуляторів гідролізу. Термогравіметричний аналіз свідчить про те, що процес дегідроксилювання кристалічної ґратки La(OH)₃ закінчується за температури ~ 300 °С, а вірогідна деструкція сульфатів відбувається за температури ~ 340 °С. Фазова взаємодія оксиду лантану(III) з сріблом закінчується за T ~ 400 °C. На кривій ДТГ спостерігається два рефлекси втрати маси, які характеризують руйнування структури гідроксидів лантану та срібла (250 °C) та видалення сульфатів (~ 340 °C), відповідно. Згідно з даними ТГ, сумарна втрата маси становить 21.6 %. Для церієвмісної системи простежується єдиний ендотермічний ефект дегідроксилювання гідроксиду церію за T = 250 °C та його перетворення на фазу діоксиду церію. Руйнування нітратів (аніонна складова розчину) відбувається за температури 400 °C. Втрата маси простежується за T = 150 °C та становить 53.9 %. Таким чином, на підставі даних ТГ-ДТА встановлено, що утворення частинок композитів на основі оксидів лантану і церію, модифікованих сріблом, закінчується за температури 400 °C. Згідно даних РФА, на вихідному етапі в системі триває формування гідроксидів церію і лантану, а при ліофілізації осаду (Т = 160 °С) часткове дегідроксилювання кристалічної ґратки гідроксидів з утворенням оксидів тригонального La₂O₃ і Ce₂O₃. Встановлено, що наявність в розчині катіонів срібла може впливати на фазовий склад ліофілізованих структур і сприяти утворенню фази CeO₂. Показано, що введення в систему хлориду гідроксиламіну може не тільки ініціювати відновлення срібла на поверхні оксиду лантану, але також частково відновлювати його до фази LaO. Температурна обробка зразків (Т = 400 °С) сприяє гомогенізації складу осадів: формування 30 нм частинок діоксиду церію із рівномірно розподіленими на його поверхні кластерами срібла, та лусочока тригонального оксиду лантану з наночастинками срібла як другої фази. В трикомпонентних системах утворюються дві модифікації оксидів лантану (тригонального і кубічного), діоксид церію і металічне срібло. Встановлено, що в осадах наявні головні елементи – La, Ce, O, Ag і домішні – S або Cl, як аніонна складова вихідних розчинів. До складу вихідної суспензії входять також слідові кількості N і K. Показано, що морфологія зразків представлена гексагональними структурами гідроксиду лантану і тригональними – його оксиду, сферичними та псевдокубічними частинками діоксиду церію і оксиду лантану, сферичними кластерами срібла

тригональний оксид лантану; діоксид церію; допування сріблом оксидів РЗЕ; фазоутворення; морфологія оксидів церію і лантану; срібло

1. Nethi S.K., Bollu V.S., Anand P.N.A., Patra C.R. Rare Earth-Based Nanoparticles: Biomedical Applications, Pharmacological and Toxicological Significance. In: Nanoparticles and their Biomedical Applications. (Singapore: Springer, 2020). P. 1-43. https://doi.org/10.1007/978-981-15-0391-7_1

2. Ivanov V.K., Shcherbakov A.B., Usatenko A.V. Structure-sensitive properties and biomedical applications of nanodispersed cerium dioxide. Russ. Chem. Rev. 2009. 78(9): 855. https://doi.org/10.1070/RC2009v078n09ABEH004058

3. Amoresi R.A.C., de Oliveira R.C., Marana N.L, de Almeida P.B., Prata P.S., Zaghete M.A., Longo E., Sambrano J.R., Simoes A.Z. CeO2 Nanoparticle Morphologies and their Corresponding Crystalline Planes for the Photocatalytic Degradation of Organic Pollutants. ACS Appl. Nano Mater. 2019. 2(10): 6513. https://doi.org/10.1021/acsanm.9b01452

4. Younis A., Chu D., Li S. Cerium Oxide Nanostructures and their Applications. 2016.  https://doi.org/10.5772/65937

5. Gil D., Rodriguez J., Ward B., Vertegel A., Ivanov V., Reukov V. Antioxidant Activity of SOD and Catalase Conjugated with Nanocrystalline Ceria. Bioengineering (Basel). 2017. 4(1): 18. https://doi.org/10.3390/bioengineering4010018

6. Baker Ch.H. Radiation Protection with Nanoparticles Chapter 14. In: Nanomedicine in Health and Disease. (Boca Raton: CRC Press, 2011). P. 268. https://doi.org/10.1201/b11076-15

7. Celardo I., de Nicola M., Mandoli C., Pedersen J.Z., Traversa E., Ghibelli L. Ce3 Ions Determine Redox-Dependent Anti-apoptotic Effect of Cerium Oxide Nanoparticles. ACS Nano. 2011. 5(6): 4537. https://doi.org/10.1021/nn200126a

8. Das M., Patil S., Bhargava N., Kang J.-F., Riedel L.M., Seal S., Hickman J.J. Auto-catalytic Ceria Nanoparticles Offer Neuroprotection to Adult Rat Spinal Cord Neurons. Biomaterials. 2007 28(10): 1918. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2006.11.036

9. Asati A., Santra S., Kaittanis Ch., Nath S., Perez J.M. Oxidase-Like Activity of Polymer-Coated Cerium Oxide Nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2009. 48(13): 2308. https://doi.org/10.1002/anie.200805279

10. Sicard C., Perullini M., Spedalieri C., Coradin Th., Brayner R.L.J., Jobbagy M., Bilmes S.A. CeO2 Nanoparticles for the Protection of Photosynthetic Organisms Immobilized in Silica Gels. Chem. Mater. 2011. 23(6): 1374. https://doi.org/10.1021/cm103253w

11. Jing F.J., Huang N., Liu Y.W., Zhang W., Zhao X.B., Fu R.K., Wang J.B., Shao Z.Y., Chen J.Y., Leng Y.X., Liu X.Y., Chu P.K. Hemocompatibility and antibacterial properties of lanthanum oxide films synthesized by dual plasma deposition. J. Biomed. Mater. Res. Part A. 2008. 87(4): 1027. https://doi.org/10.1002/jbm.a.31838

12. Neacsu I.A., Stoica A.E., Vasile B.S., Andronescu E. Luminescent Hydroxyapatite Doped with Rare Earth Elements for Biomedical Applications. Nanomaterials. 2019. 9(2): 239.

https://doi.org/10.3390/nano9020239

13. Nilsson H., Dragomir A., Roomans G.M. Biomedical Applications of Lanthanum. (New York: Nova Biomedical Books, 2010).

14. Lee S.H., Jun B.H. Silver Nanoparticles: Synthesisand Application for Nanomedicine. Int. J. Mol. Sci. 2019. 20(4): 865. https://doi.org/10.3390/ijms20040865

15. Gherasim O., Puiu R.A., Bîrcă A.C., Burdușel A.C., Grumezescu A.M. An Updated Review on Silver Nanoparticles in Biomedicine. Nanomaterials (Basel). 2020. 10(11): 2318. https://doi.org/10.3390/nano10112318

16. Ullah Khan S., Saleh T.A., Wahab A., Khan M.HU., Khan D., UllahKhan W., Rahim A., Kamal S., UllahKhan F., Fahad S. Nanosilver: new ageless sand versatile biomedical therapeutic scaffold. Int. J. Nanomedicine. 2018. 13: 733. https://doi.org/10.2147/IJN.S153167

17. Marin S., Vlasceanu G.M., Tiplea R.E., Bucur I.R., Lemnaru M., Marin M.M., Grumezescu A.M. Applications and toxicity of silver nanoparticles: a recent review. Curr. Top. Med. Chem. 2015. 15(16): 1596. https://doi.org/10.2174/1568026615666150414142209

18. Liao C., Li Y., Tjong S.C. Bactericidal and Cytotoxic Properties of Silver Nanoparticles. Int. J. Mol. Sci. 2019. 20(2): 449. https://doi.org/10.3390/ijms20020449

19. Liu J., Zhang Li, Sun Y., Luo Y. Bifunctional Ag-Decorated CeO2 Nanorods Catalysts for Promoted Photodegradation of Methyl Orange and Photocatalytic Hydrogen Evolution. Nanomaterials. 2021. 11(5): 1104. https://doi.org/10.3390/nano11051104

20. Wang K., Wu Y., Li H., Li M., Guan F., Fan H. A hybrid antioxidizing and antibacterial material based on Ag-La2O3 nanocomposites. J. Inorg. Biochem. 2014. 141: 36. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2014.08.009

21. Putri G.E, Arief S., Jamarun N., Gusti F.R, Sary A.N. Characterization of Enhanced Antibacterial Effects of Silver Loaded Cerium Oxide Catalyst. Orient J. Chem. 2018. 34(6): 2895. https://doi.org/10.13005/ojc/340629

22. Tsai D.-Sh., Yang T.-S., Huang Yu-Sh., Peng P.-W., Ou K.-L. Disinfection effects of undoped and silver-doped ceria powders of nanometer crystallite size. Int. J. Nanomed. 2016. 11: 2531. https://doi.org/10.2147/IJN.S103760

23. Liu Y., Wang M., Cao L.-J., Yang M.-Y., Cheng S. H.-S., Cao Ch.-W., Leung K.-L., Chung Ch.-Y., Lu Zh.-G. Interfacial redox reaction-directed synthesis of silver@cerium oxide coreeshell nanocomposites as catalysts for rechargeable lithiumeair Batteries. J. Power Sources. 2015. 286 () 136e144. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.03.147

24. Murugadoss G., Kumar D. D., Kumar M. R., Venkatesh N. & Sakthivel P. Silver decorated CeO₂ nanoparticles for rapid photocatalytic degradation of textile rose bengal dye. Sci. Rep. 2021. 11: 1080. https://doi.org/10.1038/s41598-020-79993-6

25. Samai B., Chall S., Mati S.S., Bhattacharya S.Ch. Role of Silver Nanocluster in Enhanced Photocatalytic Activity of Cerium Oxide Nanoparticle. Eur. J. Inorg. Chem. 2018. 2018(27): 3224. https://doi.org/10.1002/ejic.201800230

26. Kayama T., Yamazaki K., Shinjoh H. Nanostructured ceria-silver synthesized in one‐pot redox reaction catalyzes carbon oxidation. J. Am. Chem. Soc. 2010. 132(38): 13154. https://doi.org/10.1021/ja105403x

27. Ferreira V.J., Tavares P., Figueiredo J.L., Faria J.L. Ce -Doped La₂O₃ based catalyst for the oxidative coupling of methane. Catal. Commun. 2013. 42: 50. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2013.07.035