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