Влияние многовалентных ионов на электрические свойства поверхности частиц оксида вольфрама (VI) в гидрозолях

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В данной работе проведены электрооптические и электрофоретические исследования гидрозолей, содержащих наночастицы оксида вольфрама (VI). Определено влияние многовалентных ионов (четырехвалентный катион тория и трехвалентный катион лантана) на величины дзета- потенциала и поляризуемости частиц оксида вольфрама (VI). Исследованы дисперсионные зависимости поляризуемости частиц оксида вольфрама (VI). Наблюдалась сильная зависимость электрокинетического потенциала и слабая зависимость поляризуемости частиц от концентрации катионов тория и лантана в золе. Поляризуемость частиц имела низкие значения и слабо зависела от частоты поля, поляризующего частицы. Это не типично для коллоидных частиц, толщина плотной части двойного электрического слоя которых соизмерима с размерами молекул, а поляризация двойного электрического слоя определяется его диффузной частью. Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что для частиц оксида вольфрама (VI) в исследованной области концентраций преобладающая доля многозарядных противоионов находится в плотной части двойного электрического слоя, что связано с их высокими адсорбционными потенциалами.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. С. Везо

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.p.petrov@spbu.ru
Россия, Университетская наб., 7/9, Санкт-Петербург, 199034

А. В. Войтылов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.p.petrov@spbu.ru
Россия, Университетская наб., 7/9, Санкт-Петербург, 199034

В. В. Войтылов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.p.petrov@spbu.ru
Россия, Университетская наб., 7/9, Санкт-Петербург, 199034

Л. Э. Ермакова

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.p.petrov@spbu.ru
Россия, Университетская наб., 7/9, Санкт-Петербург, 199034

М. П. Петров

Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: m.p.petrov@spbu.ru
Россия, Университетская наб., 7/9, Санкт-Петербург, 199034

А. А. Трусов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: m.p.petrov@spbu.ru
Россия, Университетская наб., 7/9, Санкт-Петербург, 199034

Список литературы

  1. Патрушева Т.Н., Марченкова С.Г., Кротова И.В., Логунова Т.В., Холькин А.И. Прозрачные оксидные пленки для защиты продуктов питания от световых излучений // Химическая технология. 2020. Т. 21. № 11. С. 491–497.
  2. Wu C.M., Naseem S., Chou M.H., Wang J.H., Jian Y.Q. Recent advances in tungsten–oxide–based materials and their applications // Front. Mater. 2019. V. 6. P. 49. https://doi.org/10.3389/fmats.2019.00049
  3. Гайдук Ю.С., Савицкий А.А., Стрижаков Д.А., Реутская О.Г., Таратын И.А. Газочувствительная композиция оксида вольфрама с многостенными углеродными нанотрубками // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. 2016. № 1. С. 12.
  4. Бахтин А.С., Любомирский Н.В., Бахтина Т.А., Николаенко В.В., Гавриш В.М. Исследования повышения фотокаталитической активности диоксида титана за счет применения оксида вольфрама (VI) // Строительство и техногенная безопасность. 2021. № 22 (74). С. 67. https://doi.org/10.37279/2413-1873-2021-22-67-78
  5. Wang S.J., Wang M.C., Chen S.F., Li Y.H., Shen T.S., Bor H.Y., Wei C.N. Electrical and physical characteristics of WO3/Ag/WO3 sandwich structure fabricated with magnetic–control sputtering metrology // Sensors. 2018. V. 18. № 9. P. 2803.https://doi.org/10.3390/s18092803
  6. Ghasemi L., Jafari H. Morphological characterization of tungsten trioxide nanopowders synthesized by sol–gel modified Pechini’s method // Mater. Res. 2017. V. 20. P. 1713. https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2017-0467
  7. Li W., Zhang X., Chen X., Zhao Y., Wang L., Li, D., Li X., Chen M., Zhao J., Li Y. Preparation and performance of fast-response ITO/Li-NiO/Li-WO3/ITO all-solid-state electrochromic devices by evaporation metho // Mater. Lett. 2020. V. 265. P. 127464. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.127464
  8. Dubey P., Sadanand Rai S., Pandey B.K., Dwivedi D.K. Simulation engineering of heterojunction colloidal quantum dot–solar cell using tungsten trioxide (WO3) as an electron transport layer // In Advances in VLSI, Communication, and Signal Processing: Select Proceedings of VCAS 2021. Singapore: Springer Nature Singapore. 2022. V. 911. P. 223–231. https://doi.org/10.1007/978-981-19-2631-0_20
  9. Mushtaq K., Chou P.M., Lai C.W. Review on the synthesis methods of nano–tungsten oxide dihydrate colloid // MATEC Web of Conferences. 2021. V. 335. P. 16. https://doi.org/10.1051/matecconf/202133503008
  10. Li Y.M., Hibino M., Miyayania M., Kudo T. Proton conductivity of tungsten trioxide hydrates at intermediate temperature // Solid State Ion. 2000. V. 134. № 3–4. P. 271–279. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(00)00759-1
  11. Williams D.E., Aliwell S.R., Pratt K.F., Caruana D.J., Jones R.L., Cox R.A., Halsall J. Modelling the response of a tungsten oxide semiconductor as a gas sensor for the measurement of ozone // Meas. Sci. Technol. 2002. V. 13. № 6. P. 923. https://doi.org/10.1088/0957-0233/13/6/314
  12. Chai Y., Ha F.Y., Yam F.K., Hassan Z. Fabrication of tungsten oxide nanostructure by sol–gel method // Procedia Chem. 2016. V. 19. P. 113–118. https://doi.org/10.1016/j.proche.2016.03.123
  13. Ahmadian H., Tehrani F.S., Aliannezhadi M. Hydrothermal synthesis and characterization of WO3 nanostructures: effects of capping agent and pH. Materials // Research Express. 2019. V. 6. № 10. P. 105024. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab3826
  14. Zheng H., Ou J.Z., Strano M.S., Kaner R.B., Mitchell A., Kalantar‐zadeh K. Nanostructured tungsten oxide–properties, synthesis and applications // Adv. Funct. Mater. 2011. V. 21. № 12. P. 2175–2196. https://doi.org/10.1002/adfm.201002477
  15. Yang T., Zhang Y., Cai Y., Tian H. Effect of processing parameters on anodic nanoporous tungsten oxide film structure and porosity for hydrogen detection // J. Mater. Res. 2014. V. 29. P. 166–174. https://doi.org/10.1557/jmr.2013.369
  16. Александров А.В., Гаврилова Н.Н. Влияние условий синтеза на коллоидно–химические свойства гидрозолей триоксида вольфрама // Успехи в химии и химической технологии. 2013. Т. 27. № 2 (142). С. 47–55.
  17. Александров А.В., Гаврилова Н.Н., Назаров В.В. Синтез золей гидратированного оксида вольфрама (VI) методом пептизации // Коллоидный журнал, 2017. Т. 79. № 2. С. 115–123. https://doi.org/10.7868/S0023291217020021
  18. Syrek K., Zaraska L., Zych M., Sulka G.D. The effect of anodization conditions on the morphology of porous tungsten oxide layers formed in aqueous solution // J. Electroanal. Chem. // 2018. V. 29. P. 106–115. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2018.09.054
  19. Yan A., Xie C., Zeng D., Cai S., Hu M. Synthesis, formation mechanism and sensing properties of WO3 hydrate nanowire netted–spheres // Mater. Res. Bull. 2010. V. 45. № 10. P. 1541–1547. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2010.05.026
  20. Mardare C.C., Hassel A.W. Review on the versatility of tungsten oxide coatings // Phys. Status Solidi A. 2019. V. 216. № 12. P. 1900047. https://doi.org/10.1002/pssa.201900047
  21. Chai Y., Ha F.Y., Yam F.K., Hassan Z. Fabrication of tungsten oxide nanostructure by sol–gel method // Procedia Chem. 2016. V. 19. P. 113–118. https://doi.org/10.1016/j.proche.2016.03.123
  22. Lyklema J. The electrical double layer on oxides // Croatica Chemica Acta, 1971. V. 43. №. 4. P. 249–260.
  23. Lyklema J., Fokkink L.G. J., De Keizer A. Interfacial electrochemistry of oxides: Recognition of common principles // Interfaces in Condensed Systems. 1990. V. 83. P. 46–51. Steinkopff. https://doi.org/10.1007/BFb0116241
  24. Петров Ю.Ю., Аввакумова С.Ю., Сидорова М.П., Ермакова Л.Э., Меркушев О.М. Электроповерхностные свойства оксида вольфрама (VI) в растворах электролитов // Коллоидный журнал. 2010. Т. 72. № 5. С. 660.
  25. Петров Ю.Ю., Аввакумова С.Ю., Сидорова М.П., Ермакова Л.Э., Войтылов В.В., Войтылов А.В. Устойчивость дисперсий оксида вольфрама (VI) в растворах электролитов. // Коллоидный журнал. 2011. Т. 73. № 6. С. 835.
  26. Вукс М.Ф. Электрические и оптические свойства молекул и конденсированных сред. Ленинград: Изд–во ЛГУ. 1984.
  27. Spartakov A.A., Trusov A.A., Voitylov A.V., Vojtylov V.V. Electro‐optics of polydisperse colloids // Molecular and Colloidal Electro–Optics. V. 134. CRC Press. 2016. P. 193–227. https://doi.org/10.1201/9781420009859-8
  28. Толстой Н.А., Спартаков А.А., Трусов А.А., Хилько Г.И. Электрооптические свойства лиофобных коллоидов. 4.Новое доказательство существования жесткого электрического дипольного момента коллоидных частиц. Оценка величины и направления диполя // Коллоид. Журнал. 1966. Т. 28. С. 881.
  29. Бабаджанянц Л.К., Войтылов А.В., Войтылов В.В., Трусов А.А. Анализ полидисперсности макромолекулярных и нанодисперсных систем электрооптическими методами // Высокомолекулярные соединения. Серия С. 2010. Т. 52. № 7. С. 1329–1340.
  30. Shilov V.N., Borkovskaia Yu.B., Budankova S.N. Thin double layer theory of the wide–frequency range dispersion of the polarizability of nonconducting spheroidal particles // Molecular and Colloidal Electro–Optics. Surfactant science series. V. 134. CRC Press. 2016. P. 39–58. https://doi.org/10.1201/9781420009859-3
  31. Ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами М: Наука. 1961.
  32. Везо О.С., Войтылов А.В., Войтылов В.В., Петров М.П., Трусов А.А. Электрооптический метод исследования коагуляции нанодисперсных систем. Образование агрегатов частиц графита в водных электролитах // Оптика и спектроскопия. 2020. Т. 128. № 6. С. 713–721. https://doi.org/10.21883/OS.2020.06.49401.22-20
  33. Petrov M.P., Shilov V.N., Trusov A.A., Voitylov A.V., Vojtylov V.V. Electro–optic research of polarizability dispersion in aqueous polydisperse suspensions of nanodiamonds // Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 2016. V. 506. P. 40–49. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.05.087
  34. Везо О.С., Войтылов А.В., Войтылов В.В., Петров М.П., Трусов А.А. Рефракция гидрозолей с частицами состава алмаз/аморфный углерод // Коллоид. журн. 2024. Т. 86. № 2. С. 153–161. https://doi.org/10.31857/S0023291224020014
  35. Вольфрама оксиды. Химическая энциклопедия, под. ред. Кнунянца И.Л., Т. 1. С. 421. М.: «Советская энциклопедия», 1988.
  36. Stoimenova M. The universal electro–optic response of charged colloids in low electrolyte suspensions // J. Colloid Interface Sci. 2008. V. 323. № 2. P. 274–281.https://doi.org/10.1016/j.jcis.2008.04.004
  37. Thurston G.B, Bowling D.I. The frequency dependence of the Kerr effect for suspensions of rigid particles. // J. Colloid Interface Sci. 1969. V. 30. № 1. P. 34–45. https://doi.org/10.1016/0021-9797(69)90376-2

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Оптическая часть экспериментальной установки. S – источник белого неполяризованного света, L – длиннофокусная линза, C – кювета с плоскопараллельными электродами, к которым прикладывается электрическое поле, P – поляризационная призма, PhD1 и PhD2 – фотоприемники.

Скачать (50KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Функции распределения (а) φ(r) – сплошная и φ(Δγ) – штрих и зависимости, (б) N(t) – сплошная и N(E) – квадраты для золя WO3 без добавленного электролита.

Скачать (177KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости ⟨Δγ⟩ (квадраты) при частоте поля 10 кГц и ζ (пустые круги) частиц от концентрации C электролита Th(NO3)4 в золях WO3 при Θ = 0.5 ⋅ 10−6.

Скачать (54KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Частотные зависимости ⟨Δγ⟩ в золях WO3 при Θ = 0.5 ⋅ 10−6. Концентрации (в μмоль/л) водных электролитов Th(NO3)4 в золях WO3: С0 – 0.0; С1 – 0.02; С2 – 0.05; С3 – 0.1; С4–0.3; С5–2.0; С6 – 3.0; С7 – 6.0; С8 – 10.0; С9 – 30.0.

Скачать (110KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимости ⟨Δγ⟩ (квадраты) при частоте поля 10 кГц и ζ (пустые круги) частиц от концентрации C электролита La(NO3)3 в золях WO3 при Θ = 0.5 ⋅ 10−6.

Скачать (60KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Частотные зависимости ⟨Δγ⟩ в золях WO3 при Θ = 0.5 ⋅ 10−6. Концентрации (в μмоль/л) водных электролитов La(NO3)3 в золях: С1 – 0.01; С2 – 0.05; С3 – 0.1; С4 – 10.0; С5 – 100.

Скачать (73KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».