Том 69, № 4 (2024)

Получен дисперсный биокомпозитный материал Ca₃La₆(SiO₄)₆ путем обработки кальций-силикатного золя с добавкой 0.1, 0.3 и 0.7 моль La³⁺ в гидротермальных условиях. Методами РФА, РЭМ, ЭДС изучены состав, морфология и структура биокомпозита, определены продукты реакции (CaSiO₃, CaLa₄(SiO₄)₃O, Ca₃La₆(SiO₄)₆) в зависимости от концентрации La³⁺. Изучены структурные характеристики порошков биокомпозита с различным содержанием La³⁺ методами БЭТ и DFT. Исследованы их сорбционные характеристики по отношению к 5-фторурацилу в зависимости от pH среды. Установлено, что максимальной сорбционной емкостью (0.768 мг/г при рН 3) обладает образец биокомпозита Ca₃La₆(SiO₄)₆ с добавкой 0.3 моль La³⁺. Дополнительно оценены биосовместимые свойства образцов биокомпозита в условиях их контакта с искусственной плазмой крови путем установления ключевых изменений в их составе, морфологии и структуре при образовании биоактивной фазы апатита на доступной поверхности образцов. Результаты перспективны для дальнейших исследований в области разработки новых сорбционных материалов, включая биоматериалы для адресной доставки лекарств, с потенциалом практического применения.

Методом соосаждения получены наноразмерные частицы оксида церия (CeO₂) с использованием хитозана в качестве темплата, нитрата церия(III) и сульфата церия(IV) в качестве исходных материалов и водного раствора аммиака в качестве осаждающего агента. Методом РФА установлено, что в реакционных системах образуется церианит с гранецентрированной кубической фазой. Размер областей когерентного рассеяния составляет ⁓3 нм и менее. Данные ИК-Фурье-спектроскопии свидетельствуют о взаимодействии молекул полимера с неорганическим компонентом. Сдвиг полос поглощения, относящихся к связям N–H для композитов с Ce(III) и Ce(IV), относительно хитозана указывает на взаимодействие аминогрупп с частицами CeO₂, встроенными в полимер. Использование хитозана в качестве матрицы для синтеза наночастиц CeO₂ показало, что такой подход является более экономичным и простым к изготовлению наноматериалов различного назначения.

Золь-гель методом Печини с последующим отжигом интермедиатов синтезированы боратовольфраматы LnBWO₆ (Ln = La, La_0.999Nd_0.001 и La_0.99Gd_0.01) и исследованы методами рентгенофазового анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Полученные кристаллографические параметры уточнены методом порошковой рентгеновской дифракции в двух установках: моноклинной (пр. гр. P2₁) и ромбической (пр. гр. P222). С помощью ДСК для синтезированных LnBWO₆ зарегистрировано наличие обратимых фазовых переходов первого рода, а также определены температуры и энтальпии фазовых превращений. Показано, что допирование LаBWO₆ ионами Nd³⁺ и Gd³⁺ понижает температуру его фазового перехода L- → H-. По экспериментальным данным электронного парамагнитного резонанса определено наличие двух независимых позиций у Gd в структуре La_0.99Gd_0.01BWO₆.

Осуществлен золь-гель синтез оксидов лития-марганца со структурой шпинели LiMg_xMn_(2–x)O₄, допированных ионами Mg²⁺ в интервале 0 ≤ x ≤ 0.7. Методами рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии изучен фазовый состав и морфология полученных оксидов. Показано, что в интервале 0 ≤ x ≤ 0.7 Mg-допированные оксиды лития-марганца LiMg_xMn_(2–x)O₄ сохраняют структуру исходной кубической шпинели LiMn₂O₄, при этом с увеличением содержания магния наблюдается рост параметра а от 8.175 до 8.309 Å при близких значениях среднего размера кристаллитов (30–36 нм). Образцы исходной LiMn₂O₄ и Mg-допированных шпинелей представлены частицами призматической формы субмикронного (0.1–0.2 мкм) и микронного (1.0–3.0 мкм) размеров соответственно. Изучено влияние дозы адсорбента (0.05–0.3 г/л) и рН раствора (3.0–13.0) на эффективность адсорбции. Изотермы адсорбции ионов Li⁺ образцом LiMg_0.3Mn_1.7O₄ описываются уравнением мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Увеличение температуры модельного раствора от 25 до 45°С сопровождается ростом максимальной адсорбции образца LiMg_0.3Mn_1.7O₄ от 10.50 до 10.98 ммоль/г, что свидетельствует об эндотермической природе процесса адсорбции. Кинетика адсорбции хорошо описывается уравнением псевдовторого порядка, что свидетельствует о протекании химического взаимодействия в процессе адсорбции.

Синтезированы гетерогенные нанокомпозитные катализаторы состава ZrO₂@SBA-15 с содержанием оксида циркония 10 мас. % двумя методами: соконденсацией и пропиткой по влагоемкости. Катализаторы и их носители охарактеризованы с применением широкого спектра физико-химических методов, включая методы рентгенофазового и рентгенофлуоресцентного анализов, низкотемпературной адсорбции–десорбции азота, сканирующей электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, ИК-спектроскопии. В результате внедрения оксида циркония в силикатную стенку SBA-15 сохраняется мезоструктура, однако снижаются удельная поверхность и объем пор. Установлено, что при одностадийном синтезе происходит укорочение волокон частиц и их слипание. Катализаторы испытаны в процессе каталитического гидролиза-окисления гемицеллюлоз древесины осины. Определены оптимальные условия процесса для синтеза муравьиной кислоты: 150°С, 3 ч. Выход муравьиной кислоты в оптимальных условиях на катализаторе, полученном методом соконденсации, составил 28.4 мас. %.

Одной из глобальных проблем современности является рост устойчивости микроорганизмов к антибактериальным препаратам и возникновение связанных с этим инфекций, поэтому необходим синтез новых гибридных материалов, способных противостоять бактериям. В работе сформированы загрузочные платформы для антибактериального материала на основе тетраэтоксисилана с применением в качестве шаблонов клеток дрожжей Ogataea polymorpha BKM Y-2559 и

Cryptococcus curvatus ВКМ Y-3288 в условиях кислотного и щелочного гидролиза. С помощью сканирующей электронной микроскопии показано, что щелочная среда является оптимальной для использования клеток микроорганизмов в качестве шаблонов при формировании пористого материала с использованием золь-гель технологии. Методом тензиометрии исследованы поверхностно-активные свойства ряда четвертичных аммониевых соединений. Установлено, что соединение на основе фенила, содержащее 12 атомов углерода в алкильном заместителе, наиболее подходит в качестве шаблона при изготовлении антибактериальных материалов в одну стадию.

С целью изучения перспективности ультравысокотемпературных керамических материалов HfB₂–30 об. % SiC, модифицированных низкими количествами восстановленного оксида графена, для создания авиакосмической техники, предназначенной для применения в атмосферах на основе N₂, исследовано воздействие на образец высокоскоростного потока диссоциированного азота. Установлено, что при выбранных условиях воздействия в ходе ступенчатого повышения мощности анодного питания плазмотрона и, соответственно, воздействующего теплового потока при определенных параметрах процесса происходит резкий рост температуры поверхности с ~1750 до 2000–2100°C. При этом дальнейшее повышение теплового потока не оказывает очевидного и пропорционального воздействия на температуру поверхности образца, что может свидетельствовать о ее высокой каталитичности по отношению к реакциям поверхностной рекомбинации атомарного азота. Показано, что поверхностные слои материала подвергаются химической трансформации (удаление кремнийсодержащих веществ, образование новой фазы на основе HfN), которая сопровождается значительным изменением микроструктуры (образование дендритоподобных структур), что влияет на оптические и каталитические характеристики поверхности.

Изучена кристаллическая структура, микроструктура и электрохромные свойства пленки V₂O₅, полученной с использованием алкоксоацетилацетоната ванадила в качестве прекурсора. Показано, что сформировавшийся пентаоксид ванадия содержит значительное количество катионов V⁴⁺, на что указывает, в частности, низкое значение работы выхода электрона с поверхности материала. Это приводит к проявлению материалом анодного электрохромизма – окрашивания при окислении – с быстро протекающим процессом обесцвечивания (1 с при подаче соответствующего потенциала). Окрашивание на аноде при этом наблюдается во всем видимом диапазоне электромагнитного излучения, а также в ближней ИК-области вплоть до 1100 нм. Полученные результаты отражают перспективность подхода к формированию пленок на основе V₂O₅ с использованием алкоксоацетилацетоната ванадила в качестве прекурсора для их применения в качестве компонентов “умных” окон и дисплеев, оптические свойства которых могут контролируемо изменяться под действием электрического тока.

Применение керамики в качестве матриц для иммобилизации радионуклидов с целью безопасного долговременного их захоронения или полезного использования изучается с акцентом на фазовую устойчивость, структурную целостность, гидролитическую стойкость и др. В настоящей работе исследован комбинированный подход, основанный на цитратном золь-гель синтезе наноразмерного порошка La₂Ti₂O₇ и его последующем искровом плазменном спекании с получением плотной керамики. Методами РФА и РЭМ изучен фазовый состав и структура наноразмерного порошка La₂Ti₂O₇ и образцов керамики на его основе, полученных в интервале температур 900–1300°С. Показано, что условия синтеза порошка обеспечивают формирование наноразмерного зерна кристаллического La₂Ti₂O₇, консолидация которого в условиях искрового плазменного разогрева протекает с изменением фазового состава от монофазы La₂Ti₂O₇ моноклинной структуры до орторомбической с примесью LaTiO₃ при температуре ˃1200°С. Выявлено, что изменение структуры керамики сопровождается формированием непористых и бездефектных монолитных образцов. Установлено, что подобное изменение приводит к повышению относительной плотности (81.3–95.7%) и прочности при сжатии (78–566 МПа) образцов керамики. Однако происходит снижение гидролитической стойкости керамики, на что указывает увеличение скорости выщелачивания La³⁺ от 10^–7 до 10^–5 г/(см² сут). Полученные данные полезны для системного исследования материалов, пригодных для технологий иммобилизации радиоактивных отходов в керамику.