ikbguИзвестия Кабардино-Балкарского государственного университетаProceedings of the Kabardino-Balkarian State University2221-7789Kabardino-Balkarian State University named after Kh. M. Berbekovikbgu-303Research ArticleХимияChemistryНАНОСИСТЕМА TIO2/AU, ИММОБИЛИЗИРОВАННАЯ В МАТРИЦУ ХИТОЗАНА, И ЕЕ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАTHE TiO2/Au NANOSYSTEM IMMOBILIZED IN CHITOSAN MATRIX AND ITS PHOTOCATALITIC PROPERTIESСаломатинаЕвгения ВладимировнаSalomatinaEvgeniya Vladimirovnasalomatina_ev@mail.ruСмирноваЛидия АлексеевнаSmirnovaLidiya AlekseevnaНациональный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. ЛобачевскогоРоссияNational Research N.I. Lobachevsky State University of Nizhny NovgorodRussian Federation202230082022124Том 12, № 4 (2026)118123Copyright © Саломатина Е.В., Смирнова Л.А., 20222022Саломатина Е.В., Смирнова Л.А.Salomatina E.V., Smirnova L.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izvestiakbsu.ru/jour/article/view/303

Исследовано влияние концентрации HCl и H2O на размеры частиц диоксида титана, сформированных в среде изопропилового спирта из тетраизопропоксида титана по золь-гель технологии. Установлено, что зависимость носит экстремальный характер. Произведено легирование частиц TiO2 размером ~ 50 нм наночастицами золота, полученными при УФ-восстановлении HAuCl4 в растворах полимера-стабилизатора – хитозана. Разработанные системы TiO2/Au-хитозан обладают высокой фотокаталитической активностью в широком диапазоне длин волн, что подтверждается разложением метиленового оранжевого на 80–90 % в водном растворе.

The influence of HCl and H2O concentration on the size of titanium dioxide particles formed in isopropyl alcohol medium from tetraisopropoxide using sol-gel technology was investigated. It was found that the dependence has an extreme character. The doping of TiO2 particles ~ 50 nm in size by gold nanoparticles obtained by UV reduction of HAuCl4 in solutions of the polymer stabilizer – chitosan was performed. The developed TiO2/Auchitosan systems have high photocatalytic activity in a wide range of wavelengths, which is confirmed by the decomposition of methylene orange by 80–90 % in aqueous solution.

изопропоксид титанаизопропиловый спиртнаночастицы диоксида титанахитозаннаночастицы золотаметиленовый оранжевыйфотокаталитические свойстваtitanium isopropoxideisopropyl alcoholtitanium dioxide nanoparticleschitosangold nanoparticlesmethylene orangephotocatalytic propertiesРабота выполнена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации (внутренний номер МК-2195.2021.1.3, номер соглашения № 075-15-2021-251) и частично Министерством науки и высшего образования Российской Федерации в рамках базовой части государственного задания (проект № 0729-2020-0039).ReferencesВагмод М.С., Гунджал А.Б., Мулла Дж.А., Патил Н.Н., Навани Н.Н. Исследования наночастиц диоксида титана: биосинтез, применение и восстановление // SN Application. Sci. 2019. Т. 1, № 4. С. 310.Waghmode M.S., Gunjal A.B., Mulla J.A. Patil N.N., Nawani N.N. Studies on the titanium dioxide nanoparticles: biosynthesis, applications and remediation // SN Appl. Sci. 2019. V. 1, N 4. Р. 310.Шах С.Н.А., Шах З., Хуссейн М., Хан М. Опасное воздействие наночастиц диоксида титана на экосистему // Биоинформатика. Хим.. Приложение к 2017 году. Статья № 4101735.Shah S.N.A., Shah Z., Hussain M., Khan M. Hazardous effects of titanium dioxide nanoparticles in ecosystem // Bioinorg. Chem. Appl. 2017. Статья № 4101735.Сун С., Сонг П., Цуй Дж., Лян С. Аморфные наноструктуры TiO2: синтез, фундаментальные свойства и фотокаталитические применения // Каталонские науки. Технология. 2019. Т. 9, N 16. Р. 4198-4215.Sun S., Song P., Cui J., Liang S. Amorphous TiO2 nanostructures: synthesis, fundamental properties and photocatalytic applications // Catal. Sci. Technol. 2019. V. 9, N 16. Р. 4198–4215.Сяо Г., Чжан Х., Чжан У., Чжан Ш., Су Х., Тан Т. Синергетические фотокаталитические антимикробные эффекты, опосредованные видимым светом, и механизм применения органо-неорганических композитов Ag-наночастицы–хитозан–TiO2 для обеззараживания воды // Прикладной катализ В: Окружающая среда. 2015. Т. 170. С. 255-262.Xiao G., Zhang X., Zhang W., Zhang Sh., Su H., Tan T. Visible-light-mediated synergistic photocatalytic antimicrobial effects and mechanism of Ag-nanoparticles-chitosan–TiO2 organic–inorganic composites for water disinfection // Applied Catalysis B: Environmental. 2015. V. 170. Р. 255–262.Анайя-Эспарса Л.М., Рувалькаба-Гомес Х.М., Майторена-Вердуго С.И., Гонсалес-Сильва Н., Ромеро-Толедо Р., Агилера-Агирре С., Перес-Лариос А., Монтальво-Гонсалес Э. Хитозан-TiO2: универсальный гибридный композит // Материалы. 2020. Т. 13, N 4. Р. 811.Anaya-Esparza L.M., Ruvalcaba-Gómez J.M., Maytorena-Verdugo C.I., González-Silva N., Romero-Toledo R., Aguilera-Aguirre S., Pérez-Larios A., Montalvo-González E. Chitosan-TiO2: A Versatile Hybrid Composite // Materials. 2020. V. 13, N 4. Р. 811.Лал М., Шарма П., Рам Ч. Влияние температуры прокаливания на синтез наночастиц оксида титана (TiO2) // Оптика. 2021. V. 241. Статья № 166934.Lal M., Sharma P., Ram Ch. Calcination temperature effect on titanium oxide (TiO2) nanoparticles synthesis // Optik. 2021. V. 241. Статья № 166934.Гетерогенный фотокатализ. Взаимосвязи с гетерогенным катализом и перспективы. Под ред. Г. Марси и Л. Пальмизано. Город: Палермо, Elsevier, 2019. 290 с.Heterogeneous Photocatalysis. Relationships with Heterogeneous Catalysis and Perspectives. Ed. by G. Marcì and L. Palmisano. Город: Palermo, Elsevier, 2019. 290 p.Хабиби С., Фатеми С., Изадьяр С., Мусаванд Т. Формирование слоя наночастиц TiO2 на керамической подложке: статистический подход к управлению важными параметрами синтеза // Порошковая технология. 2012. Т. 229. С. 51-60.Habibi S., Fatemi S., Izadyar S., Mousavand T. TiO2 nanoparticle layer formation on ceramic support, a statistical approach to control influential synthesis parameters // Powder technology. 2012. V. 229. Р. 51–60.Катох А., Буркхарт М., Хванг Т., Ким С.С. Синтез гибридных нанопластин полианилин/TiO2 золь-гель химическим методом // Журнал химической инженерии. 2012. Т. 192. С. 262-268.Katoch A., Burkhart M., Hwang T., Kim S.S. Synthesis of polyaniline/TiO2 hybrid nanoplates via a sol-gel chemical method // Chemical engineering journal. 2012. V. 192. Р. 262–268.Имран М., Риаз С., Назим С. Синтез и характеристика наночастиц диоксида титана золь-гель методом // Материалы сегодня: Труды. 2015. Т. 2, N 10. С. 5455-5461.Imran M., Riaz S., Naseem S. Synthesis and characterization of titania nanoparticles by sol-gel technique // Materials Today: Proceedings. 2015. V. 2, N 10. Р. 5455–5461.Чжан Х., Ян Л. Иммобилизация мембраны из наночастиц диоксида титана на полиамидной ткани низкотемпературным гидротермальным методом // Тонкие твердые пленки. 2012. Т. 520, N 18. С. 5922-5927.Zhang H., Yang L. Immobilization of nanoparticle titanium dioxide membrane on polyamide fabric by low temperature hydrothermal method // Thin Solid Films. 2012. V. 520, N 18. Р. 5922–5927.Ким К.С., Мун Б.К., Парк Дж.Х., Чунг С.Т., Сон С.М. Синтез нанокристаллического TiO2 в толуоле сольвотермическим методом // Журнал роста кристаллов. 2003. Т. 254, N 3-4. С. 405-410.Kim C.S., Moon B.K., Park J.H., Chung S.T., Son S.M. Synthesis of nanocrystalline TiO2 in toluene by a solvothermal route // Journal of crystal growth. 2003. V. 254, N 3–4. Р. 405–410.Санцоне Г., Зимбоне М., Каччиато Г., Руффино Ф., Карлес Р., Привитера В., Гримальди М. Нанокомпозит Ag/TiO2 для фотокатализа, управляемого видимым светом // Сверхрешетки и микроструктуры. 2018. Т. 123. С. 394-402.Sanzone G., Zimbone M., Cacciato G., Ruffino F., Carles R., Privitera V., Grimaldi M.G. Ag/TiO2 nanocomposite for visible light-driven photocatalysis // Superlattices and Microstructures. 2018. V. 123. Р. 394–402.Исмаэль М. Обзор и последние достижения в области преобразования солнечной энергии в водородную на основе фотокаталитического расщепления воды наночастицами с избыточным содержанием TiO2 // Солнечная энергия. 2020. Т. 211. С. 522-546.Ismael M. A review and recent advances in solar-to-hydrogen energy conversion based on photocatalytic water splitting overdoped-TiO2 nanoparticles // Solar Energy. 2020. V. 211. Р. 522–546.Пандиярадж К.Н., Васу Д., Гобейра Р., Табаи П. С. Э., Де Гейтер Н., Морент Р., Пичумани М., Падманабханан П.В.А., Дешмух Р.Р. Разложение красителей в сточных водах за счет синергетического эффекта плазменной обработки при атмосферном давлении и фотокаталитической активности функционализированных плазмой наночастиц Cu‒TiO2 // Журнал по опасным материалам. 2021. Статья № 124264.Pandiyaraj K.N., Vasu D., Ghobeira R., Tabaei P. S. E., De Geyter N., Morent R., Pichumani M., Padmanabhanan P.V.A., Deshmukh R.R. Dye wastewater degradation by the synergetic effect of an atmospheric pressure plasma treatment and the photocatalytic activity of plasma-functionalized Cu‒TiO2 nanoparticles // Journal of Hazardous Materials. 2021. Статья № 124264.Донг П., Ченг Х., Цзинь З., Хуан Ж., Не Х., Ван Х., Чжан Х. "Зеленый" синтез фотокатализатора с содержанием Ag с помощью осаждения наночастиц Ag с помощью холодной плазмы DBD на нанотрубках TiO2, легированных N, // Журнал фотохимии и фотобиологии A: Химия. 2019. V. 382. Статья № 111971.Dong P., Cheng X., Jin Z., Huang Zh., Nie X., Wang X., Zhang X. The green synthesis of Ag-loaded photocatalyst via DBD cold plasma-assisted deposition of Ag nanoparticles on N-doped TiO2 nanotubes // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2019. V. 382. Статья № 111971.Сактивел С., Шанкар М.В., Паланичами М., Арабинду Б., Банеманн Д.В., Муругесан В. Повышение фотокаталитической активности путем осаждения металлов: характеристика и фотонная эффективность Pt, Au и Pd, нанесенных на катализатор TiO2 // Исследования воды. 2004. Т. 38, N 13. С. 3001-3008.Sakthivel S., Shankar M.V., Palanichamy M., Arabindoo B., Bahnemann D.W, Murugesan V. Enhancement of photocatalytic activity by metal deposition: Characterization and photonic efficiency of Pt, Au, and Pd deposited on TiO2 catalyst // Water Research. 2004. V. 38, N 13. Р. 3001–3008.Хсу Л.-К.С., Ву Р.-Т. Получение наночастиц серебра, стабилизированных триэтиламином, для низкотемпературного спекания // Матер. Лет. 2007. N 61. Р. 3719.Hsu L.-C.S., Wu R.-T. Preparation of triethylamine stabilized silver nanoparticles for low-temperature sintering // Mater. Lett. 2007. N 61. Р. 3719.Литманович О.Е. Закономерности взаимодействия макромолекул с наночастицами металлов и псевдоматричный синтез золей полимер-металлических нанокомпозитов // Visocomolec. Компания. Серия C. 2008. Т. 50, N 7. Р. 1370.Litmanovich O.E. Regularities of the interaction of macromolecules with metal nanoparticles and pseudo-matrix synthesis of polymer-metal nanocomposites sols // Visocomolec. Comp. Series C. 2008. V. 50, N 7. Р. 1370.Васильев В.П. Аналитическая химия. Книга 2. Физико-химические методы анализа. М.: Дрофа, 2007. 383 с.Vasilyev V.P. Analytical Chemistry. Book 2. Physical and Chemical Methods of Analysis. Moscow: Drofa, 2007. 383 p.Тан К.Ю., Чен Дж.Х., Легаспи Э.Д.Р., Оу С., Лин М., Ти И. С. Ю., Кай Д., Ло Х. Дж., Ли З., РегулациоTang K.Y., Chen J.X., Legaspi E.D.R., Owh C., Lin M., Tee I. S. Y., Kai D., Loh X. J., Li Z., RegulacioМ. Д., Йе Э. Нановолокнистый гибрид TiO2, декорированный золотом, для улучшения фотокаталитической деградации загрязняющих веществ с использованием солнечной энергии // Химосфера. 2021. Ст. 265. Статья № 129114.M. D., Ye E. Gold-decorated TiO2 nanofibrous hybrid for improved solar-driven photocatalytic pollutant degradation // Chemosphere. 2021. V. 265. Статья № 129114.Грачева Т.А., Кузьмичева Т.А., Перевезенцев В.Н., Смирнова Л. А., Мочалова А. Е., СаломатинаGracheva T.A., Kuz’micheva T.A., Perevezentsev V.N., Smirnova L. A., Mochalova A. E., SalomatinaЕ. В. Кинетика и механизмы формирования наночастиц золота под действием УФ-излучения в растворах хитозана, легированного HAuCl4 // Технология. Физика. 2017. Т. 62. С. 1228-1232.E. V. Kinetics and mechanisms of the UV-radiation-assisted formation of gold nanoparticles in HAuCl4-doped chitosan solutions // Tech. Phys. 2017. V. 62. Р. 1228–1232.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.