Influence of iron cations on the hydrolysis of tetraethoxysilane and process of gel formation

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The influence of small additions of Fe3+ ions on the processes of hydrolysis of tetraethoxysilane and subsequent polycondensation of products was studied using viscosimetry and dynamic light scattering methods. Experiments were carried out at 50оC, hydrolysis pH was 1.5; 2.5; 5.0 or 7.0, the amount of doping cation varied from 1.5 to 3.8 at. %. In the absence of a doping cation, the gelation time grows with increasing pH from 1.5 to 5.0, and at pH 7.0, polycondensation occurs without gelation. At pH 1.5, the introduction of a dopant increases the gelation time, at pH 2.5 and 5.0 it decreases. With increasing dopant content, the gelation time increases at all three pH values. The size of the particles formed during the polycondensation process depends on the pH and the amount of dopant. The smallest particles with a median diameter of about 10 nm are formed at pH 2.5. It has been suggested that the cause of all the observed effects is the incorporation of iron cations into the siloxane matrix. The degree of incorporation depends on the degree of hydrolysis of iron cations. This assumption is confirmed by the values of the electrokinetic potential of the systems under study and the dynamics of changes in the zeta potential with varying pH and dopant content.

全文:

受限制的访问

作者简介

E. Titov

ФГАНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности»; ФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

编辑信件的主要联系方式.
Email: titov.evgeniy96@gmail.com
俄罗斯联邦, ул. Люсиновская, 35, корп. 7, Москва, 115093; ул. Победы, 85, Белгород, 308015

D. Smalchenko

ФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Email: titov.evgeniy96@gmail.com
俄罗斯联邦, ул. Победы, 85, Белгород, 308015

O. Lebedeva

ФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет»

Email: titov.evgeniy96@gmail.com
俄罗斯联邦, ул. Победы, 85, Белгород, 308015

参考

  1. Brinker C.J., Scherer G.W. Sol-Gel science: the physics and chemistry of Sol-Gel processing. San Diego: Academic Press. 1990.
  2. Lok P.S., Sriman K.B., Rahul K., Geetika M., Usha S., Garima S., Saurabh A. Sol-Gel processing of silica nanoparticles and their applications // Adv. Colloid Interface Sci. 2014. V. 214. P. 17–37. https://doi.org/10.1016/j.cis.2014.10.007
  3. Iller R.K. Chemistry of silica gel. New Jersey: John Wiley& Sons, Hoboken. 1978.
  4. Bansal N. Influence of several metal ions on the gelation activation energy of silicon tetraethoxide // J. Am. Ceram. Soc. 1990. V. 73. № 9. P. 2647–2652. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1990.tb06741.x
  5. Атанасова В.Д., Швец В.А., Казанский В.Б. Исследование методами ЭПР и оптической спектроскопии ионов переходных металлов в цеолитах и их комплексообразования с адсорбированными молекулами // Успехи химии. 1981. Т. 50. № 3. С. 385–405. https://doi.org/10.1070/RC1981v050n03ABEH002553
  6. García-Aguilar J., Miguel-García I., Juan-Juan J., Such-Basáñez I., San Fabián E., Cazorla-Amorós D., Berenguer-Murcia Á. One step-synthesis of highly dispersed iron species into silica for propylene epoxidation with dioxygen // J. Catal. 2016. V. 338. P. 154–167. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2016.03.004
  7. Tanjindaprateep S.P., Kidkhunthod P., Pattanasattayavong P., Ogawa M. Incorporation of iron (III) into nanoporous silica spheres // Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 2024. V. 686. P. 133305. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2024.133305
  8. López T., Méndez J., Zamudio T., Villa M. Spectroscopic study of sol-gel silica doped with iron ions // Mater. Chem. Phys. 1992. V. 30. № 3. P. 161–167. https://doi.org/10.1016/0254-0584(92)90218-W
  9. Downs E., Ao S., Siegel R., Schadler L. Transition metal doping of amorphous silica particles // J. Nanopart. Res. 2017. V. 19. № 337. P. 1–14. https://doi.org/10.1007/s11051-017-4005-5
  10. Shilova O.A. Synthesis and structure features of composite silicate and hybrid TEOS-derived thin films doped by inorganic and organic additives // J. Solgel Sci. Technol. 2013. V. 68. P. 387–410. https://doi.org/10.1007/s10971-013-3026-5
  11. Shilova O.A., Gubanova N.N., Matveev V.A. et al. Processes of film-formation and crystallization in catalytically active ‘spin-on glass’ silica films containing Pt and Pd nanoparticles // J. Mol. Liq. 2019. V. 288. P. 110996. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.110996
  12. Тарасенко Е.А., Лебедева О.Е., Петерс Г.С., Велигжанин А.А. Влияние катионов металлов на кинетику образования и структуру гелей, формирующихся при кислотном гидролизе тетраэтоксисилана // Журн. физ. химии. 2019. T. 93. № 3. C. 1357–1361. https://doi.org/10.1134/S0044453719090280
  13. Gonçalves M.C. Sol-Gel silica nanoparticles in medicine: a natural choice. Design, synthesis and products // Molecules. 2018. V 23. № 8. P. 22–26. https://doi.org/10.3390/molecules23082021
  14. Naruphontjirakul P. Cations doped nonporous silica nanoparticles // 12th Biomedical Engineering International Conference. 2019. P. 1–4. https://doi.org/10.1109/BMEiCON47515.2019.8990288
  15. Pohaku Mitchell K.K., Liberman A., Kummel A.C., Trogler W.C. Iron (III)-Doped, Silica Nanoshells: A biodegradable form of silica // J. Am. Chem. Soc. 2012. V. 134. № 34. P. 13997–14003. https://doi.org/10.1021/ja3036114
  16. Shilova O.A., Khamova T.V., Panova G.G., Udalova O.R., Artemyeva A.M., Kornyukhin D.L., Kopitsa G.P. Sol-Gel-derived functional coatings for pre-sowing seed treatment // Coatings. 2023. V. 13. № 12. P. 1978. https://doi.org/10.3390/coatings13121978
  17. Kessler V.G., Seisenbaeva G.A. Molecular mechanisms of the metal oxide sol-gel process and their application in approaches to thermodynamically challenging complex oxide materials // J. Solgel Sci. Technol. 2023. V. 107. P. 190–200. https://doi.org/10.1007/s10971-023-06120-y
  18. Vrieling E.G., Sun Q., Beelen T.P., Hazelaar S., Gieskes W.W., Van Santen R.A., Sommerdijk N.A. Controlled silica synthesis inspired by diatom silicon biomineralization // J. Nanosci. Nanotechnol. 2005. V. 5. №. 1. P. 68–78. https://doi.org/10.1166/jnn.2005.010
  19. Darmawan A., Smart S., Julbe A., Diniz da C. J. C. Iron oxide silica derived from Sol-Gel Synthesis // Materials. 2011. V. 4. №. 2. P. 448–456. https://doi.org/10.3390/ma4020448
  20. Takeno N. Atlas of Eh – pH diagrams. Intercomparison of thermodynamic databases. National Institute of Advanced Industrial Science and Technology. 2005.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Fig. 1. Dependence of viscosity change on time for systems based on tetraethoxysilane at different pH (temperature 50°C). Content of the alloying additive iron cations: 1, 4, 7 – 1.5 at. %; 2, 5, 8 – 2.3 at. %, 3, 6, 9 – 3.8 at. %.

下载 (90KB)
3. Fig. 2. Distribution of particles by the hydrodynamic diameter before reaching the conditional gelation time during TEOS hydrolysis at 50°C with the addition of Fe3+: a, g, g – 1.5 at. %; b, e, h – 2.3 at. %; c, f, i – 3.8 at. %. pH values: a, b, c – 1.5; g, e, f – 2.5; g, h, i – 5.0.

下载 (478KB)
4. Fig. 3. IR spectra of silicas doped with iron cations at hydrolysis pH 1.5: 1 – 1.5 at. %; 2 – 2.3 at. %, 3 – 3.8 at. %.

下载 (106KB)

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 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».