1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал неорганической химии
  4. T. 68, № 12, 2023

Журнал неорганической химии, 2023, T. 68, № 12, стр. 1831-1848

Эпоксидный метод синтеза двухкомпонентных аэрогелей Al2O3–TiO2 и их УФ-защитные характеристики

Л. А. Полевой a, И. В. Колесник b, Г. П. Копица c, d, М. В. Голикова a, Н. В. Цвигун e, Т. В. Хамова c, А. В. Сергеева f, Ю. Е. Горшкова g, Д. А. Санджиева h, i, Б. В. Убушаева h, i, А. Е. Баранчиков a, *, В. К. Иванов a, b

a Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
119991 Москва, Ленинский пр-т, 31, Россия

b Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
119991 Москва, Ленинские горы, 1, Россия

c Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН
199034 Санкт-Петербург, наб. Адмирала Макарова, 2, Россия

d Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова НИЦ “Курчатовский институт”
188300 Гатчина, мкр. Орлова роща, 1, Россия

e Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова, ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН
119333 Москва, Ленинский пр-т, 59, Россия

f Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН
683006 Петропавловск-Камчатский, бул. Пийпа, 9, Россия

g Объединенный институт ядерных исследований
141980 Московская область, Дубна, ул. Жолио-Кюри, 6, Россия

h Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина
119991 Москва, Ленинский пр-т, 65/1, Россия

i Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН
119991 Москва, Ленинский пр-т, 29, Россия

* E-mail: a.baranchikov@yandex.ru

Поступила в редакцию 17.07.2023
После доработки 15.08.2023
Принята к публикации 17.08.2023

Аннотация

Предложен новый метод синтеза аэрогелей на основе Al2O3–TiO2, основанный на гидролизе смешанных растворов тетрахлорида титана и нитрата алюминия в присутствии оксида пропилена с последующей сверхкритической сушкой образующихся гелей. Полученные аэрогели характеризуются высокой удельной поверхностью (140–500 м2/г) и высокой удельной пористостью (1.7–2.7 см3/г). Термическая обработка аэрогелей Al2O3–TiO2 при температурах до 600°С не приводит к кристаллизации диоксида титана, тогда как формирование кристаллического анатаза в аэрогелях на основе индивидуального TiO2 наблюдается уже при температуре 450°С. С использованием стандартизованной методики ISO 24443-2016 определены значения солнцезащитного фактора SPF полученных материалов, которые оказались сопоставимы с характеристиками коммерческого неорганического УФ-фильтра на основе TiO2 (Kronos 1171). При этом фотокаталитическая активность аэрогелей Al2O3–TiO2 оказалась ниже аналогичной характеристики коммерческого УФ-фильтра на основе диоксида титана более чем в 120 раз. Полученные результаты демонстрируют перспективность использования аэрогелей Al2O3–TiO2 в качестве компонента солнцезащитных средств.

Ключевые слова: оксид титана, оксид алюминия, композиты, аэрогели

Список литературы

  1. Jin S.-G., Padron F., Pfeifer G.P. // ACS Omega. 2022. V. 7. № 37. P. 32936. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c04424

  2. Guerra K.C., Zafar N., Crane J.S. Skin Cancer Prevention // StatPearls. 2023. Treasure Island: StatPearls Publishing, 2023. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/ 30137812/

  3. Nohynek G.J., Schaefer H. // Regul. Toxicol. Pharmacol. 2001. V. 33. № 3. P. 285. https://doi.org/10.1006/rtph.2001.1476

  4. Gonzalez H., Tarras-Wahlberg N., Strömdahl B. et al. // BMC Dermatol. 2007. V. 7. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1186/1471-5945-7-1

  5. Gabard B. Sunscreens // Cosmetics. Berlin: Springer, 1999. P. 116. https://doi.org/10.1007/978-3-642-59869-2_9

  6. Bryden A.M., Moseley H., Ibbotson S.H. et al. // Br. J. Dermatol. 2006. V. 155. № 4. P. 737. https://doi.org/10.1111/j.1365-2133.2006.07458.x

  7. Victor F.C., Cohen D.E., Soter N.A. // J. Am. Acad. Dermatol. 2010. V. 62. № 4. P. 605. https://doi.org/10.1016/j.jaad.2009.06.084

  8. Schneider S.L., Lim H.W. // Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 2019. V. 35. № 6. P. 442. https://doi.org/10.1111/phpp.12439

  9. Serpone N., Dondi D., Albini A. // Inorg. Chim. Acta. 2007. V. 360. № 3. P. 794. https://doi.org/10.1016/j.ica.2005.12.057

  10. Morsella M., D’Alessandro N., Lanterna A.E. et al. // ACS Omega. 2016. V. 1. № 3. P. 464. https://doi.org/10.1021/acsomega.6b00177

  11. Nakata K., Fujishima A. // J. Photochem. Photobiol., C: Photochem. Rev. 2012. V. 13. № 3. P. 169. https://doi.org/10.1016/j.jphotochemrev.2012.06.001

  12. Horie M., Sugino S., Kato H. et al. // Toxicol. Mech. Methods. 2016. V. 26. № 4. P. 284. https://doi.org/10.1080/15376516.2016.1175530

  13. Sun S., Song P., Cui J. et al. // Catal. Sci. Technol. 2019. V. 9. № 16. P. 4198. https://doi.org/10.1039/C9CY01020C

  14. Jang E., Sridharan K., Park Y.M. et al. // Chem. A Eur. J. 2016. V. 22. № 34. P. 12022. https://doi.org/10.1002/chem.201600815

  15. Becker L.C., Boyer I., Bergfeld W.F. et al. // Int. J. Toxicol. 2016. V. 35. № 3. P. 16S. https://doi.org/10.1177/1091581816677948

  16. Cassin G., Diridollou S., Flament F. et al. // Int. J. Cosmet. Sci. 2018. V. 40. № 1. P. 58. https://doi.org/10.1111/ics.12433

  17. Yorov K.E., Kolesnik I.V., Romanova I.P. et al. // J. Supercrit. Fluids. 2021. V. 169. P. 105099. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2020.105099

  18. Pierre A.C., Pajonk G.M. // Chem. Rev. 2002. V. 102. № 11. P. 4243. https://doi.org/10.1021/cr0101306

  19. Hüsing N., Schubert U. // Angew. Chem. Int. Ed. 1998. V. 37. № 1–2. P. 22. https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3773(19980202)37:1/2<22::AID-ANIE22>3.0.CO;2-I

  20. Feinle A., Elsaesser M.S., Hüsing N. // Chem. Soc. Rev. 2016. V. 45. № 12. P. 3377. https://doi.org/10.1039/C5CS00710K

  21. Yorov K.E., Baranchikov A.E., Kiskin M.A. et al. // Russ. J. Coord. Chem. 2022. V. 48. № 2. P. 89. https://doi.org/10.1134/S1070328422020014

  22. Singh P., Nanda A. // Int. J. Cosmet. Sci. 2014. V. 36. № 3. P. 273. https://doi.org/10.1111/ics.12124

  23. Chen L., Zhu J., Liu Y.-M. et al. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2006. V. 255. № 1–2. P. 260. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2006.04.043

  24. Moussaoui R., Elghniji K., ben Mosbah M. et al. // J. Saudi Chem. Soc. 2017. V. 21. № 6. P. 751. https://doi.org/10.1016/j.jscs.2017.04.001

  25. Donėlienė J., Fataraitė-Urbonienė E., Danchova N. et al. // Gels. 2022. V. 8. № 7. P. 422. https://doi.org/10.3390/gels8070422

  26. Gaweł B., Gaweł K., Øye G. // Materials. 2010. V. 3. № 4. P. 2815. https://doi.org/10.3390/ma3042815

  27. Lermontov S.A., Straumal E.A., Mazilkin A.A. et al. // Mater. Lett. 2017. V. 215. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2017.12.031

  28. Yorov K.E., Sipyagina N.A., Malkova A.N. et al. // Inorg. Mater. 2016. V. 52. № 2. P. 163. https://doi.org/10.1134/S0020168516020035

  29. Yorov K.E., Sipyagina N.A., Baranchikov A.E. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V. 61. № 11. P. 1339. https://doi.org/10.1134/S0036023616110048

  30. Baranchikov A.E., Kopitsa G.P., Yorov K.E. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. № 6. P. 874. https://doi.org/10.1134/S003602362106005X

  31. Livage J., Henry M., Sanchez C. // Prog. Solid State Chem. 1988. V. 18. № 4. P. 259. https://doi.org/10.1016/0079-6786(88)90005-2

  32. Gash A.E., Tillotson T.M., Satcher Jr J.H. et al. // J. Non. Cryst. Solids. 2001. V. 285. № 1–3. P. 22. https://doi.org/10.1016/S0022-3093(01)00427-6

  33. Itoh H., Tabata T., Kokitsu M. et al. // J. Ceram. Soc. Jpn. 1993. V. 101. № 1177. P. 1081. https://doi.org/10.2109/jcersj.101.1081

  34. Wei T.-Y., Chen C.-H., Chang K.-H. et al. // Chem. Mater. 2009. V. 21. № 14. P. 3228. https://doi.org/10.1021/cm9007365

  35. Baumann T.F., Gash A.E., Chinn S.C. et al. // Chem. Mater. 2005. V. 17. № 2. P. 395. https://doi.org/10.1021/cm048800m

  36. Straumal E.A., Ivanov V.K., Malkova A.N. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2017. V. 84. № 3. P. 377. https://doi.org/10.1007/s10971-017-4429-5

  37. Lermontov S.A., Yurkova L.L., Straumal E.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 3. P. 303. https://doi.org/10.1134/S0036023618030142

  38. Yorov K.E., Yapryntsev A.D., Baranchikov A.E. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2018. V. 86. № 2. P. 400. https://doi.org/10.1007/s10971-018-4647-5

  39. Kameneva S.V., Yorov K.E., Kamilov R.K. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2023. V. 107. P. 586.https://doi.org/10.1007/s10971-023-06149-z

  40. Rouquerol J., Llewellyn P., Rouquerol F. // Stud. Surf. Sci. Catal. 2007. V. 160. P. 49. https://doi.org/10.1016/S0167-2991(07)80008-5

  41. Фиалков Ю.Я. Растворитель как средство управления химическим процессом. М., 1990.

  42. Kuzin E.N., Krutchinina N.E. // Inorg. Mater. 2019. V. 55. № 8. P. 834. https://doi.org/10.1134/S0020168519080065

  43. Wang T.-H., Navarrete-López A.M., Li S. et al. // J. Phys. Chem. A 2010. V. 114. № 28. P. 7561. https://doi.org/10.1021/jp102020h

  44. Archambault J., Rivest R. // Can. J. Chem. 1958. V. 36. № 11. P. 1461. https://doi.org/10.1139/v58-216

  45. Cottineau T., Richard-Plouet M., Rouet A. et al. // Chem. Mater. 2008. V. 20. № 4. P. 1421. https://doi.org/10.1021/cm702531q

  46. Emons H.-H., Janneck E., Pollmer K. // Z. Anorg. Allg. Chem. 1984. V. 511. № 4. P. 135. https://doi.org/10.1002/zaac.19845110415

  47. Suzuki H., Ishiguro S.-I. // Acta Crystallogr., Sect. C: Cryst. Struct. Commun. 1998. V. 54. № 5. P. 586. https://doi.org/10.1107/S0108270197018817

  48. Titanium(IV), Zirconium, Hafnium and Thorium // Hydrolys. Met. Ions. Weinheim: Wiley, 2016. P. 433. https://doi.org/10.1002/9783527656189.ch10

  49. Aluminium, Gallium, Indium and Thallium // Hydrolys. Met. Ions. Hydrolys. Met. Ions, Weinheim: Wiley, 2016. P. 757. https://doi.org/10.1002/9783527656189.ch13

  50. Gash A.E., Tillotson T.M., Satcher J.H. et al. // Chem. Mater. 2001. V. 13. № 3. P. 999. https://doi.org/10.1021/cm0007611

  51. Du X., Wang Y., Su X. et al. // Powder Technol. 2009. V. 192. № 1. P. 40. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2008.11.008

  52. Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V. et al. // Pure Appl. Chem. 2015. V. 87. № 9–10. P. 1051. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117

  53. Gao M., Liu B., Zhao P. et al. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2019. V. 91. № 3. P. 514. https://doi.org/10.1007/s10971-019-05057-5

  54. Guinier A., Fournet G. Small-Angle X-Ray Scattering. N.Y.: John Wiley & Sons Inc., 1955. https://doi.org/10.1002/pol.1956.120199326

  55. Teixeira J. Experimental Methods for Studying Fractal Aggregates // Growth Form. Dordrecht: Springer, 1986. P. 145. https://doi.org/10.1007/978-94-009-5165-5_9

  56. Kim D., Jung J., Ihm J. // Nanomaterials. 2018. V. 8. № 6. P. 375. https://doi.org/10.3390/nano8060375

  57. Keysar S., De Hazan Y., Cohen Y. et al. // J. Mater. Res. 1997. V. 12. № 2. P. 430. https://doi.org/10.1557/JMR.1997.0063

  58. Meng F., Schlup J.R., Fan L.T. // Chem. Mater. 1997. V. 9. № 11. P. 2459. https://doi.org/10.1021/cm9700662

  59. Chane-Ching J.-Y., Klein L.C // J. Am. Ceram. Soc. 1988. V. 71. № 1. P. 86. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1988.tb05765.x

  60. Catauro M., Tranquillo E., Dal Poggetto G. et al. // Materials. 2018. V. 11. № 12. https://doi.org/10.3390/ma11122364

  61. Diko M. // Acta Geodyn. Geomater. 2015. P. 149. https://doi.org/10.13168/AGG.2015.0052

  62. Feng G., Jiang F., Jiang W. et al. // Ceram. Int. 2019. V. 45. № 15. P. 18704. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.06.096

  63. Kirillova S.A., Almjashev V.I., Gusarov V. V. // Russ. J. Inorg. Chem. 2011. V. 56. № 9. P. 1464. https://doi.org/10.1134/S0036023611090117

  64. Dransfield G.P. // Radiat. Prot. Dosimetry. 2000. V. 91. № 1. P. 271. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.rpd.a033216

  65. Kim M.G., Kang J.M., Lee J.E. et al. // ACS Omega. 2021. V. 6. № 16. P. 10668. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c00043

  66. Nishizawa H., Aoki Y. // J. Solid State Chem. 1985. V. 56. № 2. P. 158. https://doi.org/10.1016/0022-4596(85)90052-0

  67. Bachina A.K., Almjasheva O.V., Popkov V.I. et al. // J. Cryst. Growth 2021. V. 576. P. 126371. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2021.126371

  68. Almjasheva O.V., Lomanova N.A., Popkov V.I. et al. // Nanosyst. Physics, Chem. Math. 2019. V. 10. № 4. P. 428. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2019-10-4-428-437

  69. Lin H., Li L., Zhao M. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2012. V. 134. № 20. P. 8328. https://doi.org/10.1021/ja3014049

  70. Hammouda B. // J. Appl. Crystallogr. 2010. V. 43. № 4. P. 716. https://doi.org/10.1107/S0021889810015773

  71. Schmidt P.W., Avnir D., Levy D. et al. // J. Chem. Phys. 1991. V. 94. № 2. P. 1474. https://doi.org/10.1063/1.460006

  72. Pogorelov V., Doroshenko I., Pitsevich G. et al. // J. Mol. Liq. 2017. V. 235. P. 7. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.12.037

  73. Roscoe J.M., Abbatt J.P.D. // J. Phys. Chem. A. 2005. V. 109. № 40. P. 9028. https://doi.org/10.1021/jp050766r

  74. Thomas K., Hoggan P.E., Mariey L. et al. // Catal. Lett. 1997. V. 46. № 1/2. P. 77. https://doi.org/10.1023/A:1019017123596

  75. Hanaor D.A.H., Sorrell C.C. // J. Mater. Sci. 2011. V. 46. № 4. P. 855. https://doi.org/10.1007/s10853-010-5113-0

  76. Akkaya Arier U.O., Tepehan F.Z. // Compos. Part B Eng. 2014. V. 58. P. 147. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.10.023

  77. Hanini F., Bouabellou A., Bouachiba Y. et al. // IOSR J. Eng. 2013. V. 3. № 11. P. 21. https://doi.org/10.9790/3021-031112128

  78. Riaz S., Sajid-ur-Rehman, Abutalib M. et al. // J. Electron. Mater. 2016. V. 45. № 10. P. 5185. https://doi.org/10.1007/s11664-016-4754-4

  79. Filatova E.O., Konashuk A.S. // J. Phys. Chem. C. 2015. V. 119. № 35. P. 20755. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b06843

  80. Prange M.P., Zhang X., Ilton E.S. et al. // J. Chem. Phys. 2018. V. 149. № 2. P. 024502. https://doi.org/10.1063/1.5037104

  81. Tzompantzi F., Piña Y., Mantilla A. et al. // Catal. Today. 2014. V. 220–222. P. 49. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2013.10.027

  82. Carp O., Huisman C.L., Reller A. // Prog. Solid State Chem. 2004. V. 32. № 1–2. P. 33. https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2004.08.001

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Журнал неорганической химии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал