Быстрый гидролиз в микрокаплях водного раствора CuSO4 на поверхности раствора щелочи и получение упорядоченных массивов открытых микросфер со стенками из нанокристаллов Cu(OH)2

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Впервые показано, что микросферы размером 1–10 мкм со стенками из нанокристаллов Cu(OH)2 и уникальной морфологией могут быть получены на поверхности раствора щелочи при комнатной температуре и без использования поверхностно-активных веществ. Образование таких микросфер происходит в результате реакций быстрого гидролиза катионов меди(II) при распылении микрокапель водного раствора CuSO4 на поверхность щелочного раствора Na2SO4. Установлено, что образующиеся в этих условиях микросферы имеют в стенках по одному отверстию размером в доли или единицы микрометра и ориентированы на поверхности раствора щелочи данным отверстием в сторону воздуха. Они могут быть перенесены на широкий круг подложек по методике вертикального лифта в виде слоев, в которых они преимущественно ориентированы данным отверстием в сторону, противоположную от подложки. Стенки таких микросфер имеют толщину несколько сотен нанометров и образованы совокупностью нанокристаллов Cu(OH)2 с морфологией наностержней диаметром 5–10 нм и длиной до 500 нм. При прогреве на воздухе при температуре 150°C данные нанокристаллы теряют воду и образуют нанокристаллы CuO без существенного изменения морфологии. Установлено, что нанесение слоев таких микросфер на поверхность ряда подложек, например кремния и титана, придает ей супергидрофильные свойства.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. A. Голубева

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: a.meleshko@spbu.ru

Институт химии

Россия, 198504, Санкт-Петербург, Университетский пр-т, 26

А. А. Мелешко

Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.meleshko@spbu.ru

Институт химии

Россия, 198504, Санкт-Петербург, Университетский пр-т, 26

В. П. Толстой

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: a.meleshko@spbu.ru

Институт химии

Россия, 198504, Санкт-Петербург, Университетский пр-т, 26

Список литературы

  1. Pavlikov A.Y., Saikova S.V., Samoilo A.S. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2024. V. 69. P. 265. https://doi.org/10.1134/S0036023623603057
  2. Zhang Q., Zhang K., Xu D. et al. // Prog. Mater. Sci. 2014. V. 60. P. 208. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.09.003
  3. Батищева Е.В., Толстой В.П. // Журн. неорган. xимии. 2022. T. 67. № 6. C. 836. https://doi.org/10.31857/S0044457X22060058
  4. Zhu D., Wang L., Yu W. et al. // Sci Rep. 2018. V. 8. P. 5282. https://doi.org/10.1038/s41598-018-23174-z
  5. Sadale S.B., Patil S.B., Teli A.M. et al. // Solid State Sci. 2022. V. 123. P. 106780. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2021.106780
  6. Андрийченко Е.О., Зеленов В.И., Бовыка В.Е. и др. // Журн. общ. химии. 2021. T. 91. № 4. С. 638. https://doi.org/10.31857/S0044460X2104020X
  7. Nevezhina A.V., Fadeeva T.V. // Acta Biomed. Sci. 2021. V. 6. № 6-2. P. 37. https://doi.org/10.29413/ABS.2021-6.6-2.5
  8. Nigussie A., Murthy A., Bedassa A. // Res. J. Chem. Environ. 2021. V. 25. № 6. P. 202.
  9. Rabbani M., Rahimi R., Bozorgpour M. et al. // Mater. Lett. 2014. V. 119. P. 39. http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2013.12.095
  10. Umar A., Ibrahim A., Ammar H. et al. // Ceram. Int. 2021. V. 47. P. 12084. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.01.053
  11. Liu D., Liu Y., Bao E. et al. // J. Energy Storage. 2023. V. 68. P. 107875. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.107875
  12. Wang J., Liu Y., Wang S. et al. // J. Mater. Chem. A. 2014. V. 2. P. 1224. https://doi.org/10.1039/c3ta14135g
  13. Jiao S., Zhang X., Zhang G. et al. // J. Mater. Chem. A. 2018. V. 7. P. 3084. https://doi.org/10.1039/C7TA10632G
  14. Kumar M.A., Debabrata P. // ACS Appl. Energy Mater. 2021. V. 4. № 9. P. 9412. https://doi.org/10.1021/acsaem.1c01632.s001
  15. Ma H., Tan Y., Liu Z et al. // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 104. https://doi.org/10.3390/nano11010104
  16. Liu X., Xiong H., Yang Y. et al. // ACS Omega. 2018. V. 3. P. 13146. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b01299
  17. Meng D., Liu D., Wang G. et al. // Vacuum. 2017. V. 144. P. 272. http://dx.doi.org/10.1016/j.vacuum.2017.08.013
  18. Ai Y., Pang Q., Liu X. et al. // Nanomaterials. 2024. V. 14. P. 1145. https://doi.org/10.3390/nano14131145
  19. Molkenova A., Sarsenov S., Atabaev S. et al. // Environ. Nanotechnol., Monit. Manage. 2021. V. 16. P. 100507. https://doi.org/10.1016/j.enmm.2021.100507
  20. Cho Y., Huh Y. // Bull. Korean Chem. Soc. 2009. V. 30. № 6. P. 1410.
  21. Dong F., Guo Y., Zhang D. et al. // Nanomaterials. 2020. V. 10. P. 67. https://doi.org/10.3390/nano10010067
  22. Tolstoy V.P., Meleshko A.A., Golubeva A.A. et al. // Colloids Interfaces. 2022. V. 6. № 2. P. 32. https://doi.org/10.3390/colloids6020032
  23. Tolstoy V.P., Meleshko A.A., Danilov D.V. // Mendeleev Commun. 2024. V. 34. № 3. P. 430. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2024.04.038
  24. Golubeva A.A., Kolesnikov I.E., Tolstoy V.P. // Ceram. Int. V. 50. № 24. P. 56025. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.11.025
  25. Zheng Q., Wei Y., Zeng X. et al. // Nanotechnology. 2020. V. 31. № 42. P. 425402. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab9f74
  26. Das S., Srivastava V.C. // Mater. Lett. 2015. V. 150. P. 130. http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2015.03.018
  27. Zhang F., Huang S., Guo Q. et al. // Colloids Surf. 2020. V. 602. P. 125076. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125076
  28. Jaggi V.H., Oswazd H.R. // Acta Cryst. 1961. V. 14. P. 1041. https://doi.org/10.1107/S0365110X61003016
  29. Jansanthea P., Saovakon C., Chomkitichai W. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. P. 667. https://doi.org/10.1134/S0036023621050089
  30. Yin Y., Zhu L., Chang X. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. V. 12. № 45. P. 50962. https://doi.org/10.1021/acsami.0c11677

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематичное изображение последовательности операций при нанесении слоя микросфер со стенками из Cu(OH)2 на поверхность фольги из титана: а – стадия обработки поверхности раствора смеси NaOH и Na2SO4 микрокаплями аэрозоля из раствора CuSO4, б – этап переноса на подложку массива микросфер по методике вертикального лифта.

Скачать (108KB)
Метаданные
3. Рис. 2. СЭМ-электронные микрофотографии, сделанные с различным увеличением слоя микросфер Cu(OH)2, нанесенного на поверхность фольги из титана по методике вертикального лифта.

Скачать (876KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Электронные микрофотографии фрагментов микросфер со стенкой из Cu(OH)2, полученные методом ПЭМ при различном увеличении в режиме светлого поля (а–в), и электронная микрофотография фрагмента стенки аналогичного образца, прогретого на воздухе при температуре 150℃, полученная в режиме ПЭМ высокого разрешения (г).

Скачать (924KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Энергодиперсионный рентгеновский спектр микросферы Cu(OH)2 (а), рентгеновская дифрактограмма (б) и ИК-Фурье-спектр пропускания (в) микросфер Cu(OH)2 до (1) и после (2) прогрева на воздухе при температуре 150℃.

Скачать (123KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Углы смачивания водой поверхности кремния без слоя (a), со слоем (б) микросфер Cu(OH)2, полученным по методике вертикального лифта, в, г – схематичные изображения процесса растекания капли воды по поверхности кремния со слоем микросфер Cu(OH)2.

Скачать (103KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025