ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ, 2020, том 90, № 2, с. 308-314

УДК 546.655;541.14

СИНТЕЗ И ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

ВОЛОКНИСТЫХ НАНОСТРУКТУР ОКСИДА ЦЕРИЯ(IV)

Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена,

наб. р. Мойки 48, Санкт-Петербург, 191186 Россия

*e-mail: katiavolkova@yandex.ru

Поступило в Редакцию 19 июля 2019 г.

После доработки 19 июля 2019 г.

Принято к печати 25 июля 2019 г.

В работе предложен метод синтеза волокнистых структур, состоящих из наноразмерных частиц оксида

церия(IV) с использованием целлюлозы в качестве темплата. Методами рентгенодифракционного ана-

лиза, ИК спектроскопии, растровой электронной микроскопии изучены состав и морфология образцов в

зависимости от температуры отжига. Показано, что наибольшей фотокаталитической активностью при

фотодеструкции метилового оранжевого (рН = 3.5, ацетатный буферный раствор) и фенола, обладают

частицы CeO₂, полученные при прокаливании Ce(NO₃)₃ с использованием целлюлозы в качестве тем-

плата при 800°С. Выявлено, что в гидротартратном буферном растворе метилового оранжевого частицы

CeO₂ проявляют фотопротекторные свойства.

Ключевые слова: фотолиз, фотокатализ, наночастицы оксида церия(IV), темплатный синтез

DOI: 10.31857/S0044460X20020183

В последнее время наблюдается стремительный

действием света. В работах [7, 8] предложено ис-

рост интереса к синтезу и исследованию свойств

пользовать в качестве основного компонента уль-

полупроводниковых наночастиц (TiO₂, ZrO₂, CeO₂,

трафиолетовых фильтров нанодисперсные порош-

Cu₂O и др.) в связи с их широким применением в

ки оксида церия(IV). Оксид церия(IV) относится к

катализе и электронике. Наиболее широкое при-

перспективным полупроводниковым материалам,

менение в фотокатализе находит нанодисперсный

находящим применение в катализе, оптике, наноэ-

диоксид титана в связи с высокой фотокаталити-

лектронике и медицине [9]. Преимуществом нано-

ческой активностью, низкой стоимостью и малой

структур диоксида церия по сравнению с другими

токсичностью [1-3]. Также наночастицы TiO₂ при-

полупроводниковыми частицами для применения

меняют в качестве УФ фильтров в солнцезащит-

в качестве УФ фильтров, является его низкая ток-

ной косметике [4, 5]. Однако было установлено,

сичность, долгосрочная стабильность, кислород-

что диоксид титана фотокаталитически разрушает

ная нестехиометрия, биологическая инертность и

не только органические компоненты солнцезащит-

низкая фотокаталитическая активность.

ных кремов, но и молекулы ДНК. Так, в работе

Описано множество способов получения нано-

[6] было показано, что диоксид титана является

размерного оксида церия(IV) как из жидкой, так и

фотоцитотоксичным веществом по отношению

газообразной и твердой фаз [10-15]. Основными

к фибробластам кожи. В связи с этим эффектив-

являются методики, рассматривающие получе-

ность существующих ультрафиолетовых филь-

ние наночастиц оксида церия(IV) из водных или

тров вызывает обоснованные сомнения. Поэтому

спиртовых растворов солей церия(III) и (IV) при

вследствие фотоцитотоксичности TiO₂ ведется

добавлении основных компонентов, таких как ам-

активный поиск альтернативных материалов, не

миак, карбамид, гексаметилентетрамин. Также в

генерирующих активные формы кислорода под

синтезе наночастиц оксида церия(IV) зачастую ис-

308

СИНТЕЗ И ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ВОЛОКНИСТЫХ НАНОСТРУКТУР

309

пользуется действие сильных окислителей на соли

церия(III).

Влияние температуры отжига при термиче-

ском синтезе наночастиц оксида церия(IV) под-

робно описано авторами статьи [16]. Информация

о темплатном методе синтезе наночастиц оксида

церия(IV) практически отсутствует в литературе.

Однако данный метод с использованием целлюло-

зы в качестве темплата успешно себя зарекомендо-

вал при синтезе мезопористых структур диоксида

титана [17] .

В данной работе приведены результаты иссле-

дования состава и морфологии структур оксида

церия(IV), полученных темплатным синтезом с

использованием волокнистой целлюлозы и их фо-

ș ɝɪɚɞ

токаталитической активности на примере модель-

ных реакций фотодеструкции метилового оранже-

Рис. 1. Рентгенограммы порошков оксида церия(IV),

вого и фенола.

полученных после отжига целлюлозного темплата,

пропитанного раствором нитрата церия(III) в этаноле,

Прокаливание нитрата церия(III) на воздухе

при 800 (а), 700 (б) и 600°С (в).

при 600°С приводит к образованию частиц ок-

сида церия(IV) бежевого цвета, состав которых

разца, полученного прокаливанием модифици-

подтвержден методом рентгенодифрационного

рованной Ce(NO₃) ₃ целлюлозы при 800°С варьи-

анализа по наличию дифакционных пиков при 2θ,

руется от 9 до 5 мкм, а длина волокон достигает

равных 28.65 (111), 33.18 (200), 47.57 (220), 56.42

1000 мкм. По результатам энергодисперсионного

(311), 69.52 (400), 76.73° (331) и соответствующих

анализа данного образца показано наличие линий

граням гранецентрированной кубической кри-

K_α кислорода (66.14 ат%), кремния (13.10 ат%) и

сталлической структуры церианита (JCPDS № 04-

L_αцерия (20.76 ат%). На основе значений атомных

0593) [18].

концентраций элементов, используя допущение,

что кислород входит в состав кварцевой подлож-

ки, можно сделать вывод о формировании частиц

2Ce(NO₃)₃·6H₂O

2CeO₂ + 6NO₂ + O₂ + 12H₂O

оксида церия(IV). Отсутствие линий K_αуглерода

Отжиг образцов полученных пропиткой цел-

свидетельствует о полном разложении целлюлозы

при

люлозы 0.2 М. спиртовым раствором Ce(NO₃)₃

до углекислого газа и отсутствии его в образцах.

температурах 600-800°С приводит к формирова-

По результатам рентгенодифракционного анализа,

нию волокнистых структур, повторяющих форму

образцы содержат дифракционные пики при 2θ =

исходного темплата. Согласно данным растровой

28.63 (111), 33.07 (200), 47.51 (220), 56.48 (311),

электронной микроскопии, диаметр волокон об-

59.24 (222), 69.50 (400), 76.80 (331), 79.04° (420),

Зависимость среднего размера кристаллитов CeO₂ и средней скорости фотодеструкции метилоранжа (рН = 3.5,

ацетатный буферный раствор) и фенола от температуры отжига

Волокнистые структуры CeO₂

CeO₂

Температура отжига, °С

600

700

800

600

800

D, нм

17.90

24.60

30.20

20.30

26.60

a, Å

5.39

5.43

5.44

5.39

5.38

ν_ср×10^-3, мин^-1(метилоранж)

0.61

1,32

3.11

1.63

2.21

ν_ср×10^-3, мин^-1(фенол)

0.65

1,41

3.22

2.21

2.40

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020

310

ВОЛКОВ и др.

что может свидетельствовать о неполном сгорании

целлюлозы. Также независимо от температуры

отжига происходит уменьшение интенсивности

полос при 1629-1639 см^-1, относимых к деформа-

ционным колебаниям связанной Н₂О, и полос при

3422-3428 см^-1, соответствующих колебаниям ад-

сорбированной воды и валентным колебаниям свя-

занных ОН-групп, и полное исчезновение полос в

диапазоне 2500-2900 см^-1, относимых к валент-

ным колебаниями CH-групп.

Согласно литературным данным, наноразмерый

оксид церия(IV) проявляет фотокаталитическую

ȼɪɟɦɹ ɨɛɥɭɱɟɧɢɹ ɦɢɧ

активность в реакциях разложения различных

Рис. 2. Кинетические кривые фотодеструкции мети-

органических соединений под действием УФ света

лоранжа (рН = 3.5, ацетатный буферный раствор) в

[12, 14, 15]. Исследование фотокаталитической

присутствии частиц оксида церия(IV), полученных

активности наночастиц диоксида церия проводили

темплатным методом, при температуре отжига 600 (1),

на примере фотокаталитического разложения

800°С (2), и без темплата при 600 (3) и 800°С (4).

красителя метилоранжа (pH = 3.5, ацетатный

буферный раствор) под действием УФ света с λ_возб =

подтверждающие структуру церианита (рис. 1). Из

254 нм и фенола (рН = 7) под действием УФ света

полученных данных следует, что степень кристал-

с λ_возб = 365 нм. Выбор длины волны возбуждения

личности образцов и размер кристаллитов увели-

обусловлен отсутствием собственного поглощения

чивается с повышением температуры прокалива-

красителя и фенола в данной области спектра, а

ния. Образцы CeO₂, полученные прокаливанием

использование электронной спектроскопии для

при 600°С, имеют малоинтенсивные и широкие

анализа кинетики фотодеструкции метилоранжа и

характеристические пики, что свидетельствует о

фотоокисления фенола целесообразно, поскольку

значительной степени аморфности их структуры

изменение оптической плотности может служить

и малом размере кристаллитов. Образцы отож-

оценкой скорости данных процессов.

женные при 800°С характеризуются большей сте-

По мере облучения метилоранжа УФ светом с

пенью кристалличности, о чем свидетельствуют

λ_возб = 254 нм в присутствии волокнистых структур

высокие интенсивности пиков и их малая ширина.

оксида церия(IV) в течение 100 мин в электронных

Расчет отношения доли кристаллической фазы к

спектрах наблюдается спад оптической плотности

аморфной показал увеличение ее от 0.58 до 0.67

при λ = 493 нм и обесцвечивание раствора.

единиц при повышении температуры отжига об-

Показано, что средняя скорость фотодеструкции

разцов от 600 до 800°С. Увеличение температуры

метилоранжа в присутствии образцов CeO₂,

отжига от 600 до 800°C также приводит к увели-

синтезированных темплатным методом при

чению размеров кристаллитов от 18 до 30 нм и

температуре отжига 800°С, в 2.4 и 5 раз больше

увеличению параметра кристаллической решетки

таковой для образцов, полученных при 700 и

а (см. таблицу).

600°С соответственно (рис.

2). Уменьшение

Результаты исследования образцов оксида це-

фотокаталитической

активности

образцов,

рия(IV), полученных темплатным методом синте-

полученных при более низких температурах

за, методом ИК спектроскопии показали, что тер-

отжига, предположительно связано с большей

мическая обработка при 800°С приводит к исчез-

степенью

нестехиометричности

структуры

новению полос при 814 и 896 (С-О), 1068 (С-С),

CeO2-x вследствие возможного присутствия в

1203 и 1467 см^-1 (С-Н), что объясняется полным

образце окcида церия(III), а также возможным

сгоранием целлюлозы при прокаливании. При 600

наличием примесей вследствие неполного сгорания

и 700°С наблюдаются полосы поглощения с пони-

целлюлозы при

600 и

700°С. Доказательство

женной интенсивностью при 849, 954, 1539 см^-1,

присутствия оксида церия(III) в образце методом

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020

СИНТЕЗ И ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ВОЛОКНИСТЫХ НАНОСТРУКТУР

311

рентгендифракционного анализа затруднено

фотоокисления фенола. Показано, что по

вследствие наложения основных дифракционных

мере облучения фенола в течение 100 мин под

рефлексов кубической кристаллической структуры

действием монохроматического света с длиной

церианита и гексагональной структуры Ce₂O₃ [19]

волны

365 нм происходит спад оптической

при 2θ = 28.6° и 56.4°. Однако на его присутствие

плотности при λ_max = 269 нм от 0.55 до 0.33 отн.

может указывать увеличение интенсивности

ед., что, вероятно, связано с его окислением до

дифракционных рефлексов при 28.6° на 40% для

пирокатехина, гидрохинона и п-бензохинона

образца, полученного при прокаливании нитрата

[21]. При сравнении фотокаталитических свойств

церия(III) при 600°, по сравнению с образцом,

образцов CeO₂, синтезированных темплатным

отожженным при 800°С. При этом отношение

методом, в реакциях фотоокисления фенола было

интенсивности дифракционных рефлексов при

установлено, что образцы, полученные при отжиге

28°, характеризующих присутствие обеих фаз, к

раствора нитрата церия(III) на целлюлозе при

интенсивности рефлекса при 33°, отвечающего

800°С, обладают большей фотокаталитической

только структуре церианита, в 1.4 раза больше для

активностью, чем образцы, прокаленные при

образца, отожженного при 600°С. При переходе

600 и 700°С (см. таблицу). Также показано, что

в нанодисперсное состояние, с уменьшением

скорость фотоокисления фенола в присутствии

размера частиц, параметр элементарной ячейки

волокнистых частиц CeO₂, полученных при 800°С,

большинства веществ уменьшается из-за

больше в 1.5 раза, чем в случае частиц CeO₂,

увеличения поверхностного натяжения. Однако,

полученных без использования темплата (рис. 3).

согласно литературным данным [9, 20], параметр

Облучение метилоранжа в гидротартратном

элементарной ячейки CeO₂ увеличивается, что,

буферном растворе УФ светом с λ_возб = 254 нм

вероятнее всего, обусловлено уменьшением

в течение

100 мин приводит к снижению

доли поверхностных атомов кислорода. В работе

оптической плотности при 493 нм от 1 до 0.1 отн.

[20] показано, что частицы с размерами от 3 до

ед. и полному его обесцвечиванию по сравнению

12 нм обладают меньшей фотокаталитической

с использованием ацетатного буферного раствора,

активностью вследствие большой нестехиометрии

облучение которого не приводит к спаду

и наличия существенных примесей Ce³⁺. Частицы

оптической плотности раствора метилоранжа в

с размерами больше 50 нм обладают меньшей

отсутствие фотокатализатора (рис. 4).

нестехиометрией и практически не проявляют

Согласно литературным данным [22, 23], в во-

фотокаталитическую активность. Частицы оксида

дных растворах лимонной и винной кислот под

церия(IV) в диапазоне

12-30 нм проявляют

действием УФ света происходит формирование

наилучшую фотокаталитическую активность по

супероксидного радикала и ион-радикала (лимон-

причине оптимального соотношения Ce³⁺/Ce⁴⁺ в

ной) винной кислоты.

составе CeO2-x.

H₂Tar + O₂ + hν → H₂Tar^•+ + ^•O_2-,

Также выявлено, что использование целлюлозы

H⁺ + ^•O_2- ↔ HO•,

в качестве темплата при синтезе наночастиц CeO₂

2HO2• → H2O2 + O2,

при температуре отжига 800°С позволяет повысить

H₂O₂ + hν → 2^•OH,

фотокаталитическую активность частиц оксида

МО + ^•OH → Продукты реакции.

церия(IV), увеличивая скорость фотодеструкции

метилоранжа в 1.4 раза по сравнению с образцами

Образующиеся гидроксильные и супероксид-

CeO₂, полученными без использования темплата

ные радикалы впоследствии приводят к фотоде-

(см. таблицу). Наличие продуктов неполного

струкции красителей.

сгорания темплата при 600°С в образцах CeO₂

Добавление волокнистых структур оксида

приводит к уменьшению его фотокаталитической

церия(IV) в раствор метилоранжа, содержащий

активности.

гидротартрат калия, оказывает фотопротектор-

Исследование фотокаталитической активности

ное действие: облучение раствора не приводит к

образцов CeO₂ также проводили в реакциях

обесцвечиванию красителя, что подтверждается

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020

312

ВОЛКОВ и др.

ȼɪɟɦɹ ɨɛɥɭɱɟɧɢɹ ɦɢɧ

Рис. 3. Кинетические кривые фотодеструкции фенола

в присутствии частиц оксида церия(IV), полученного

Рис. 4. Кинетические кривые фотодеструкции метило-

с использованием целлюлозы в качестве темплата при

ранжа (рН = 3.5, гидротартратный буферный раствор)

температуре отжига 600 (1), 800°С (2) и без темплата

в присутствии частиц CeO₂,полученных темплатным

при 600 (3) и 800°С (4).

синтезом при 800°С (1) и без частиц CeO₂ (2).

сохранением окраски на протяжении 120 мин фо-

целлюлозу (Илим, Санкт-Петербург). Навеску

толиза и практически неизменным значением оп-

целлюлозы помещали в 0.2 М. раствор Ce(NO₃)₃

тической плотности (рис. 4). Данный факт может

в этаноле, перемешивали в течение 30 мин, после

быть обусловлен с одной стороны собственным

чего сушили в предварительно нагретом до 80°С

поглощением частицами CeO₂ квантов света, яв-

сушильном шкафу. Модифицированную нитратом

ляясь УФ фильтром, с другой нестехиометрично-

церия(III) целлюлозу отжигали в муфельной печи

стью его состава. Частицы CeO2-х, взаимодействуя

на воздухе в течение 120 мин. Температуру отжига

с гидроксильными и супероксидными радикалами,

варьировали от 600 до 800°С.

способны окисляться до CeO₂, препятствуя тем са-

Морфологию и размер частиц CeO₂оценива-

мым протеканию процесса фотоокисления гидро-

ли с помощью растровых электронных микро-

тартрат-ионов.

скопов Zeiss ЕVО 40 и Zeiss Merlin 42-37 при

Таким образом, показано, что наибольшей фо-

ускоряющем напряжении 5-24 кВ и токе зонда

токаталитической активностью в реакциях фо-

175 пА. Для исключения накопления отрицатель-

тодеструкции метилового оранжевого (pH = 3.5,

ного заряда на поверхность образца наносили слой

ацетатный буферный раствор) и фотоокисления

золота или углерода толщиной 5 нм с помощью

фенола обладают частицы оксида церия(IV), полу-

установки SC7620 Mini Sputter Coater. Состав об-

ченные темплатным методом синтеза на целлюло-

разцов определяли с помощью рентгеноструктур-

зе при температуре отжига 800°С. С другой сторо-

ного спектрального микроанализа, оснащенного

ны, в целом, обладая слабой фотокаталитической

энергодисперсионным рентгеноспектральным де-

активностью, частицы оксида церия(IV) в гидро-

тектором. Определение состава образцов до и по-

тартратном буферном растворе метилового оран-

сле отжига определяли с помощью спектрометра

жевого оказывают фотопротекторное действие,

Shimadzu IR Prestige-21. Исследование кристал-

препятствуя его фотокислению.

лической структуры и фазового состава синтези-

рованных образцов проводили на рентгеновском

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

дифрактометре ДРОН-7. Для анализа использова-

ли характеристическое излучение медного анода

Для получения волокнистых структур оксида

CuK_α, λ = 1.5406 Å. Оценку размеров кристаллитов

церия(IV) в качестве прекурсора использовали

CeO₂ проводили по формуле Селякова-Шерерра (1).

Ce(NO₃)₃∙6H₂O (ЧДА, ООО «НеваРеактив»), в ка-

честве темплата - беленую сульфатную хвойную

d = kλ/βcosθ.

(1)

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020

СИНТЕЗ И ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ВОЛОКНИСТЫХ НАНОСТРУКТУР

313

Здесь k - постоянная величина (k = 1.0747), λ -

5. Jaroenworaluck A., Sunsaneeyametha W., Kosachan N.,

длина волны рентгеновского излучения CuK_α1, β -

Stevens R. // Surface and Interface Analysis. 2006.

полуширина пика рентгеновской дифракции (рад),

Vol. 38. N 4. P. 473. doi 10.1002/sia.2313

θ - угол дифракции Брэгга.

6. Wamer W.G., Yin J.J., Wei R.R. // Free Rad. Biol.

Med. 1997. Vol 23. N 6. P. 851. doi 10.1016/S0891-

Исследование каталитических свойств нано-

5849(97)00068-3

частиц диоксида церия проводили на примере

7. Li R., Yabe S., Yamashita M., Momose S, Yoshida S.,

реакции фотокаталитического разложения краси-

Yin Shu, Sato T. // Mat. Chem. Phys. 2002. Vol. 75.

теля метилоранжа при рН = 3.5 и фенола в вод-

P. 39. doi 10.1016/S0254-0584(02)00027-5

ном растворе. Для этого навеску катализатора

8. Li R., Yabe S., Yamashita M, Momose S, Yoshida S.,

(3 мг) добавляли в бюкс с 10 мл 2.5×10^-5М. рас-

Yin Shu, Sato T. // Solid State Ionics. 2002. Vol. 151. P.

твора метилового оранжевого с заданным pH, зна-

235. doi 10.1016/S0167-2738(02)00715-4

чение которого поддерживали использованием

9. Иванов В.К., Щербаков А.Б., Баранчиков А.Е., Ко-

ацетатного или гидротартратного буферных рас-

зик В.В. Нанокристаллический диоксид церия: свой-

творов. Облучение растворов проводили в течение

ства, получение, применение. Томск: Изд. Томск.

120 мин монохроматическим УФ светом лампы

унив., 2013. 284 c.

Philips TUV 4W/G4 T5 (длина волны возбужде-

10. Zhong L., Xiangdong F. // J. Phys. Chem. 2003.

ния - 254 нм или 365 нм, интенсивность света -

P. 13563. doi 10.1021/jp036815m

3.0×10¹⁶ квант·см^-2·с^-1, толщина слоя фотолита -

11. Иванов В.К., Полежаева О.С., Гиль Д. О., Копица Г.П.,

15 мм). Перед началом экспонирования образцы

Третьяков Ю.Д. // Докл. АН. 2009. Т. 426. № 5.

выдерживали 30 мин в темновых условиях в вод-

С. 632; Ivanov V.K., Polezhaeva O.S., Gil’ D.O.,

ном растворе метилоранжа (фенола) для установ-

Tret’Yakov Y.D., Kopitsa G.P. // Doklady Chem. 2009.

ления равновесия адсорбции-десорбции в системе

Vol. 426. N 2. P. 131. doi 10.1134/S0012500809060056

метилоранж (фенол) - CeO₂. В процессе экспери-

12. Zhijian L., Shuyu G., Chenggong, H., Zhengbing X. //

мента через определенные промежутки времени

J. Mater. Sci. 2016. P. 2146. doi 10.1007/s10854-015-

после облучения отбирали раствор метилоранжа

4004-1

(фенола) из бюкса, центрифугировали в течение

13. Полежаева О.С., Ярошинская Н.В., Иванов В.К. //

2 мин (2000 об/мин) для осаждения катализатора,

ЖНХ. 2007. Т. 52. № 8. С. 1266; Polezhaeva O.S.,

фильтрат помещали в кварцевую кювету с толщи-

Yaroshinskaya N.V., Ivanov V.K. // Russ. J. Inorg.

ной оптического пути 1 см и регистрировали спек-

Chem. 2007. Vol. 52. N 8. P. 1184. doi 10.1134/

тры поглощения (СФ-2000).

S0036023607080049

14. Tuyen L.T.T., Khieu D.Q., Long H.T., Quang D.T. // J.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Nanomater. 2016. Vol. 2016. doi 10.1155/2016/8682747

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

15. Ravishankar T.N., Ramakrishnappa T., Nagaraju G.,

интересов.

Rajanaika H. // Chem. Open. 2015. Vol. 4. P. 146. doi

10.1002/open.201402046

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

16. Liu I.T., Hon M.H., Teoh L. G. // J. Electr. Mater. 2013.

1. Шаповалов В.И. // Физика и химия стекла. 2010.

Vol. 42. N 8. P. 2537. doi 10.1007/s11664-013-2617-9

Т. 36. № 2. С. 145; Shapovalov V.I. // Glass Phys.

17. Вахрушев А.Ю., Горбунова В.В., Бойцова Т.Б., Сто-

Chem. 2010. Vol. 36. N 2. P. 121. doi 10.1134/

жаров В.М., Луканина Т.Л. // Неорг. матер. 2013.

S108765961002001X

Т. 49. № 12. C. 1311; Vakhrushev A.Y., Gorbunova V.V.,

2. Linsebigler A.L. // Chem. Rev. 1995. Vol. 95. N 3.

Boitsova T.B., Stozharov V.M., Lukanina T.L. // Inorg.

P. 735. doi 10.1021/cr00035a013

Mater. 2013. Vol. 49. N 12. P. 1209. doi 10.7868/

S0002337X13120142

3. Пугачевский М.А. // Рос. нанотехнол. 2013. Т. 8.

№ 7-8. С. 18; Pugachevskii M.A. // Nanotechnologies

18. Chen L., Fleming P., Morris V., Holmes J.D., Mor-

in Russia. 2013. Vol. 8. N 7-8. P. 432. doi 10.1134/

ris M.A. // J. Phys. Chem. (C). 2010. Vol. 114. P. 12909.

S1995078013040125

doi 10.1021/jp1031465

4. Аляхнович Н.С., Новиков Д.К. // Иммунопатология,

19. Ma R., Islam M.J., Reddy D.A., Kim K.T. // Ceram.

аллергология, инфектология. 2015. № 1. С. 71. doi

Int. 2016. Vol. 42. N 16. P. 18495. doi 10.1016/j.

10.14427/jipai.2015.1.71

ceramint.2016.08.186

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020

314

ВОЛКОВ и др.

20. Zholobak N.M., Ivanov V.K., Shcherbakov A.B.,

Catal. (A). 2004. Vol. 213. N 2. P. 225. doi 10.1016/j.

Shaporev A.S., Polezhaeva O.S., Baranchikov A.Y.,

molcata.2003.12.006

Spivak N.Y., Tretyakov Y.D. // J. Photochem. Photobiol.

22. Guo J., Chen X., Shi Y., Lan Y., Qin C. // PloS One. 2015.

Vol. 10. N 8. С. 1. doi 10.1371/journal.pone.0134298

(B). 2011. Vol. 102. P. 32. doi 10.1016/j.

23. Guo J., Du Y., Lan Y., Mao J. // J. Hazard. Mater.

jphotobiol.2010.09.002

2011. Vol. 186. N 2-3. P. 2083-2088. doi: 10.1016/j.

21. Sobczynski A., Duczmal Ł., Zmudzinski W. // J. Mol.

jhazmat.2010.12.112

Synthesis and Photocatalytic Activity

of Cerium(IV) Fibrous Nanostructures

А. А. Volkov, T. B. Boitsova, V. M. Stozharov, and E. I. Isaeva*

Herzen State Pedagogical University of Russia, St. Petersburg, 191186 Russia

*e-mail: katiavolkova@yandex.ru

Received July 19, 2019; revised July 19, 2019; accepted July 25, 2019

We report the results of a template synthesis of fibrous structures consisting of nano-sized particles of cerium(IV)

oxide using cellulose as a template. The chemical composition and morphology of the samples as a function of

the annealing temperature were studied by X-ray diffraction analysis, IR spectroscopy, and scanning electron

microscopy. It was shown that CeO₂ particles obtained by template synthesis at 800°C have the highest photocat-

alytic activity during photodegradation of methyl orange (pH = 3.5, acetate buffer) and phenol. It was revealed

that CeO₂ particles exhibit photoprotective properties in a hydrotartrate buffer solution of methyl orange.

Keywords: photolysis, photocatalysis, cerium(IV) oxide nanoparticles, template synthesis

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 90 № 2 2020