Каталазоподібна активність вуглецевих нанотрубок, декорованих нанооксидом церію
A series of CNT – CeO2 nanocomposites was synthesized by the reaction of cerium nitrate deposition in the aqueous media at room temperature without stabilizers. Amount of СеО2 in the nanoсоmposites varies from 0,66 to 15,29 %. The catalase–mimetic activity of nanoceria, pristine CNT and their nanoco...
Gespeichert in:
| Datum: | 2015 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2015
|
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/587 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Surface| _version_ | 1869291737472565248 |
|---|---|
| author | Bortnyk, N. V. Brichka, A. V. Bakalinska, O. M. Brichka, S. Ya. Kartel, M. T. |
| author_facet | Bortnyk, N. V. Brichka, A. V. Bakalinska, O. M. Brichka, S. Ya. Kartel, M. T. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "N. V. Bortnyk",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "A. V. Brichka",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "O. M. Bakalinska",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "S. Ya. Brichka",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
},
{
"author": "M. T. Kartel",
"institution": "Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Bortnyk, N. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2018-11-27T09:34:56Z |
| description | A series of CNT – CeO2 nanocomposites was synthesized by the reaction of cerium nitrate deposition in the aqueous media at room temperature without stabilizers. Amount of СеО2 in the nanoсоmposites varies from 0,66 to 15,29 %. The catalase–mimetic activity of nanoceria, pristine CNT and their nanocomposites was studied in the reaction of hydrogen peroxide decomposition in the pH range of 8 – 11. An extremal dependence of the enzyme-mimetic activity on the pH-value with the pH-optimum at 9.5 – 10.5 was found for nanoceria and nanoceria-containing materials. It was shown that catalytic activity of nanocomposites decreased with the increase of CeO2 content, that can be explained by the agglomeration of the nanoparticles that causes the surface area reduction and the decrease of the surface defects Се3+/Се4+ quantity. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:18Z |
| format | Article |
| fulltext |
Поверхность. 2015. Вып. 7(22). С. 244–252 244
УДК 544.47, 544.344, 546.655, 546.215, 546.26
КАТАЛАЗОПОДІБНА АКТИВНІСТЬ ВУГЛЕЦЕВИХ
НАНОТРУБОК, ДЕКОРОВАНИХ НАНООКСИДОМ ЦЕРІЮ
Н.В. Бортник, А.В. Бричка, О.М. Бакалінська, С.Я. Бричка, М.Т. Картель
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України,
вул. Генерала Наумова, 17, Київ, 03164, Україна, e-mail: natalya.bortnyk@gmail.com
Синтезовано серію матеріалів на основі вуглецевих нанотрубок та нанооксиду церію
(ВНТ – СеО2) за реакцією осадження нітрату церію у водному середовищі при кімнатній
температурі без стабілізаторів. Вміст СеО2 в нанокомпозитах варіюється в межах 0,66 –
15,29 % мас. Досліджено каталітичну каталазоподібну активність нанооксиду церію, ВНТ та
їх нанокомпозитів у реакції розкладання пероксиду водню при значеннях рН середовища 8 – 11.
Знайдено екстремальну залежність каталітичної активності нанооксиду церію та
церієвмісних нанокомпозитів від рН середовища з рН-оптимумом в межах 9,5 – 10,5.
Встановлено, що збільшення вмісту СеО2 у нанокомпозиті призводить до погіршення його
каталітичних властивостей, що пояснюється агломерацією частинок нанооксиду,
зменшенням їхньої питомої поверхні та поверхневих Се3+/Се4+ дефектів.
Вступ
Оксид церію – оксид рідкісноземельного металу, який завдяки своїм унікальним
фізико-хімічним характеристикам знайшов широке застосування в промисловості,
зокрема у виробництві паливних елементів, сенсорів та трикомпонентних каталізаторів
[1]. Він характеризується значною каталітичною активністю, яка обумовлена наявністю
поверхневих дефектів (кисневих вакансій), та його здатністю існувати у двох ступенях
окиснення Се3+ та Се4+. Кисневі вакансії утворюються внаслідок видалення іонів О2- з
решітки оксиду церію за схемою [2]
4 Се4+ + О2- → 4 Се4+ + 2е- /□ + 0,5 О2 → 2 Се4+ +2 Се3+ + □ + 0,5 О2,
де □ позначає вакантну позицію, що виникає внаслідок видалення з решітки О2-.
Електростатичний баланс при цьому досягається відновленням двох катіонів
церію з +4 до +3.
Перехід у нанорозмірний стан супроводжується збільшенням питомої поверхні,
а отже і збільшенням кількості поверхневих дефектів, завдяки чому нанорозмірний
оксид церію має кращі каталітичні властивості ніж макрокристалічний. Тому
нанорозмірний СеО2 використовується як каталізатор у багатьох процесах, таких як
фотокаталітичне окиснення води, селективне гідрування ненасичених компонентів,
низькотемпературна конверсія газів та багатьох інших [3]. Крім цього, нанооксид церію
здатен виявляти ензимоподібну активність, зокрема супероксиддисмутазо- [4],
оксидазо- [5] та каталазоподібну [6]. Це відкриває нові перспективи використання
нанорозмірного СеО2, оскільки існує потреба пошуку альтернатив природним ензимам,
які досить широко застосовуються в фармацевтичній, харчовій, текстильній та інших
галузях промисловості [7,8], але мають суттєві недоліки (нестійкість до зміни умов
середовища, висока вартість тощо), які ускладнюють їх використання. Тому
ензимоподібні властивості нанооксиду церію і багатьох інших матеріалів
(наночастинки Fe3O4 [9], V2O5 [10], благородних металів [11], вуглецеві наноматеріали
[12-14] та ін.) стали об’єктами численних досліджень.
Каталази – це клас ферментів, які каталізують розкладання пероксиду водню на
молекулярний кисень та воду [13]. Вони присутні у всіх аеробних і багатьох
245
анаеробних організмах для запобігання окисного пошкодження, спричиненого
пероксидом водню, який утворюється в процесі кисневого метаболізму [14]. Крім
цього, каталази мають промислове застосування, наприклад для видалення
залишкового пероксиду водню в текстильній та харчовій промисловості [15].
Каталазоподібна активність нанооксиду церію залежить від вмісту іонів Се3+ на
поверхні частинки та від рН розчину [16]. Можливий механізм взаємодії СеО2 з
пероксидом водню зображений на рис. 1:
Рис. 1. Механізм взаємодії нанооксиду церію з пероксидом водню [17].
Відповідно до схеми, молекула Н2О2 взаємодіє з кисневою вакансією (1, 2), після
виділення двох протонів і переходу двох електронів до іонів церію (3) виділяється
кисень, а киснева вакансія повністю відновлюється (4). Після цього відбувається
приєднання пероксиду до відновленої вакансії (5), поглинання двох протонів і
гомолітичне розкладання зв’язку О – О з переходом двох електронів до іонів Се3+ (6);
виділення води повертає нанооксид церію у початковий стан (1).
Використання наночастинок у розчині зазвичай призводить до їхньої небажаної
агломерації і зниження каталітичної активності, тому доцільно наносити наночастинки
на носії, що дозволяє запобігти вищезгаданим процесам. В даній роботі як носій
використовували вуглецеві нанотрубки, які здатні виявляти каталазоподібну
активність, мають велике співвідношення площі поверхні до об’єму та стійкі до дії
агресивних середовищ [18].
Отже, дана робота спрямована на дослідження каталазоподібних властивостей
нанооксиду церію, нанесеного на вуглецеві нанотрубки, в модельній реакції
розкладання пероксиду водню за рН середовища 8–11.
Матеріали та методи
Для досліджень використовували сертифіковані багатошарові ВНТ
(Nanothinx S.A.) діаметром 12–31 нм, кількість шарів 15–35, чистота 97% (близько 2 %
– каталізатор і менше 1 % – піролітичний вуглець). Серію церієвмісних ВНТ з різним
вмістом СеО2 отримували безтемплатним методом за реакцією [19]
4Ce(NО3)3 + 12NaOH + О2
пов = 4СеО2 + 12NaNО3 + 6Н2О.
Для цього до 2 г ВНТ у 10 мл дистильованої води додавали розраховані об’єми
(0,2; 0,7; 1,2; 3,2 та 5,8 мл) 0,5 М розчину Ce(NО3)3. Після цього до отриманої суміші
доливали, перемішуючи, 0,4; 1,1; 1,9; 5,0 та 9,1 мл 1 М розчину NaOH до досягнення
значення рН 8 – 9. Композити, що утворилися, відфільтровували, промивали водою та
висушували при температурі 383 К. В результаті було отримано п’ять нанокомпозитів з
246
різним вмістом нанооксиду церію. Синтезовані зразки були названі за передбачуваним
вмістом нанооксиду церію: ВНТ – 1 СеО2, ВНТ – 3 СеО2, ВНТ – 5 СеО2, ВНТ – 12 СеО2
та ВНТ – 20 СеО2.
Морфологічні властивості досліджуваних наноматеріалів були вивчені за
допомогою трансмісійної електронної мікроскопії (ТЕМ, прилад Hitachi H 800) та
сканувальної електронної мікроскопії (СЕМ, прилад MIRA3 LMU, TESCAN з
роздільною здатністю 1 нм).
Вміст нанооксиду церію у зразках визначали атомно-емісійною спектрометрією
(прилад ICPE9000, Shimadzu). Оптичні властивості наноматеріалів в УФ, видимому та
ближньому ІЧ діапазонах реєстрували за допомогою UV-VIS-NIR-спектрофотометра
UV-3600, Shimadzu в режимі дифузного відбиття у області 220 – 800 нм з
невизначеністю ± 0,25 нм. ІЧ спектри наноматеріалів були зняті при кімнатній
температурі на спектрометрі Thermo Nicolet IR Nexus FT–IR в діапазоні 5000–400 см-1.
Каталітичну (каталазоподібну) активність вихідних нанотрубок, нанооксиду
церію та одержаних нанокомпозитів досліджували у реакції розкладання пероксиду
водню, яку можна описати наступним загальним рівнянням: H2O2→1/2O2 + H2O.
Дослідження кінетики розкладання пероксиду водню проводили
волюмометричним методом. Для чисельного визначення та порівняння
каталазоподібної активності наноматеріалів та ензиму каталаза було використано
константу Міхаеліса (Km, mM). Максимальну швидкість реакції розраховували із
кінетичних кривих для розчинів субстрату (пероксид водню) різної концентрації. Із
графіка залежності максимальної швидкості реакції від концентрації у подвійних
обернених координатах Лайнуівера–Берка визначали константу Міхаеліса. Задля
легкості інтерпретації одержаних експериментальних даних застосовували константу
аффінності (Каф, мМ-1, обернену до константи Міхаеліса).
Експеримент проводили при значеннях концентрації пероксиду водню від 1 до
10 % (розчини готували з 50 % водного розчину H2O2) при кімнатній температурі в
діапазоні значень рН середовища від 8 до 11. Вихідну концентрацію пероксиду водню у
розчині визначали методом перманганатометричного титрування. Кожен експеримент
проводили протягом 30 хв при постійному перемішування реакційної суміші загальним
об’ємом 25 мл.
Результати та обговорення
Було отримано серію з п’яти нанокомпозитів з різним вмістом нанооксиду
церію. Реальний вміст модифікатора у зразках, визначений атомно-емісійною
спектроскопією, наведений у табл. 1.
ТЕМ зображення ВНТ (рис. 2, а) підтверджують морфологічні та структурні
властивості, наведені у сертифікаті, а зображення модифікованих матеріалів
підтверджують наявність декоруючих частинок (рис. 2, б, рис. 3) розміром 6 – 10 нм.
Метод ІЧ спектроскопії в середньому діапазоні 200–4000 см-1 використовувався
для дослідження поверхневого модифікування ВНТ атомами, молекулами та
функціональними групами [20]. ВНТ не мають постійного статичного дипольного
моменту, їх смуги поглинання обумовлюються слабкими наведеними динамічними
дипольними моментами. Функціональні групи і зв'язки з невуглецевими атомами
−СООН, –ОН, С–О–С, C=O, –СН мають сильні смуги поглинання, які можуть зникнути
тільки після високотемпературної обробки ВНТ у високому вакуумі. Отримані ІЧ
спектри зразків виявилися малоінформативними, оскільки нанотрубки сильно
поглинають інфрачервоні промені і є погано поляризованими структурами. Між
оксидом церію і вуглецевими нанотрубками відсутня хімічна взаємодія, що впливало б
на коливальні спектри наноматеріалів (рис. 4, а).
247
а б
Рис. 2. TEM зображення вихідних (a) та модифікованих (б) ВНТ.
а б
Рис. 3. СEM зображення ВНТ–1СеО2 (a) та ВНТ–20СеО2 (б).
На рис. 4, б наведено експериментальні спектри дифузного відбиття
досліджуваних зразків у координатах функції Кубелки–Мунка. В УФ ділянці
спостерігається сигнал оксиду церію з максимумом при 300–330 нм. Інтенсивність піку
збільшується з ростом вмісту оксиду церію в композиті. Для СNT-1CeO2, СNT-3CeO2
та СNT-5CeO2 пік оксиду церію спостерігається у вигляді слабкого плеча на тлі
поглинання вуглецевих нанотрубок.
Для встановлення оптимальної наважки каталізаторів вивчали кінетику
розкладання пероксиду водню (5 %, рН=9,5) різними наважками досліджуваних
матеріалів (рис. 5).
a
б
Рис. 4. ІЧ (а) та УФ (б) спектри нанокомпозитів.
248
Величину оптимальної наважки знаходили з графіка залежності початкової
швидкості реакції від кількості каталізатора (рис. 6). Оптимальні наважки були
знайдені для всіх досліджуваних матеріалів ( див. табл. 1).
Каталітичну (каталазоподібну) активність нанокомпозитів досліджували за
кінетикою розкладання пероксиду водню різної концентрації з використанням
оптимальної наважки кожного з каталізаторів. Константи Міхаеліса, розраховані
графічним методом в координатах Лайнуівера – Берка (рис. 7), наведені в табл. 2.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 10 20 30 40
Час, хв.
V
, м
л
0.0010 g
0.0016 g
0.0025 g
0.0041 g
0.0054 g
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0 0,002 0,004 0,006
m, г
V
o
, м
л
/х
в
.
Рис. 5. Кінетика розкладання Н2О2 різними
наважками ВНТ–20СеО2
.
Рис. 6. Оптимізація наважки ВНТ–
20СеО2.
Таблиця 1. Вміст CeO2 в нанокомпозиті та оптимальна наважка каталізатора.
y = 2716,4x + 280,59
R2 = 0,98
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0 0,5 1 1,5 2 2,5
1/C, M-1
1
/V
,
(M
/с
г
)-1
Рис. 7. Розрахунок КМ для ВНТ – 12CeO2 (рН=8).
Матеріал
Вміст CeO2 у нанокомпозиті,
% мас.
Оптимальна наважка, г
ВНТ - 0,0030
ВНТ – 1CeO2
0,66 ± 0,03 0,0050
ВНТ – 3CeO2
2,77 ± 0,39 0,0060
ВНТ – 5CeO2
3,80 ± 0,07 0,0060
ВНТ – 12CeO2
7,80 ± 1,78 0,0030
ВНТ – 20CeO2
15,29 ± 2,57 0,0040
Нанооксид церію 100 0,0050
249
Таблиця 2. Константи Міхаеліса та достовірність апроксимації величини (R2).
KM, mM; (R2)
Каталізатор
рН=8 рН=8,5 рН=9 рН=9,5 рН=10 рН=10,5 рН=11
ВНТ
640
(0,98)
1280
(0,947)
1000
(0,96)
4710
(0,96)
4910
(0,93)
4740
(0,96)
4200
(0,97)
ВНТ – 1CeO2
558
(0,92)
500
(0,91)
460
(0,96)
355
(0,83)
450
(0,92)
650
(0,99)
1500
(0,91)
ВНТ – 3CeO2
1650
(0,99)
1600
(0,94)
1480
(0,89)
990
(0,88)
1300
(0,94)
2040
(0,98)
2320
(0,87)
ВНТ – 5CeO2
3980
(0,96)
2550
(0,97)
2500
(0,89)
1960
(0,96)
812
(0,87)
1000
(0,94)
6040
0,93)
ВНТ – 12CeO2
9681
(0,98)
10038
(0,97)
3642
(0,97)
1763
(0,94)
5876
(0,95)
7083
(0,95)
9381
(0,97)
ВНТ – 20CeO2
10350
(0,99)
10025
(0,99)
9377
(0,99)
1349
(0,96)
1011
(0,98)
6094
(0,96)
8635
(0,96)
Нанооксид
церію
5294
(0,95)
2119
(0,94)
1819
(0,92)
1558
(0,96)
1756
(0,96)
5459
(0,93)
9114
(0,99)
Результати показали, що залежність каталазоподібної активності нанооксиду
церію та церієвмісних нанокомпозитів від рН середовища має екстремальний характер
із рН-оптимумом в межах 9,5 – 10,5 (рис. 8).
0,0000
0,0005
0,0010
0,0015
0,0020
0,0025
0,0030
ВНТ ВНТ-1CeO2 ВНТ-3CeO2 ВНТ-5CeO2 ВНТ-12CeO2 ВНТ-20CeO2 нано-СеО2
K
a
ф
, m
M
-1
рН=8 рН=8,5 рН=9 рН=9,5 рН=10 рН=10,5 рН=11
Рис. 8. Залежність каталітичної активності досліджуваних матеріалів від рН.
Також було встановлено, що каталітична активність нанокомпозиту не носить
адитивний характер в залежності від його складу. В області вмісту модифікатора до
5 % каталітична активність нанокомпозиту перевищує здатність вихідних вуглецевих
нанотрубок та чистого комерційного нанооксиду церію (рис. 9). Нанокомпозит ВНТ–
1СеО2 з найменшим вмістом нанооксиду церію має найвищу каталітичну активність у
250
реакції розкладання пероксиду водню при всіх значеннях рН середовища, а за рН 10,5
перевищує каталітичну здатність вихідних компонентів у 7-8 разів. Підвищення вмісту
СеО2 спричинює зниження каталітичної активності, що можна пояснити агломерацією
наночастинок, яка призводить до зменшення питомої поверхні, що в свою чергу
зумовлює зменшення кількості поверхневих дефектів та зниження співвідношення
Се3+/Се4+, які є визначальними факторами каталітичної активності оксиду церію. Крім
цього, варто зазначити, що нанокомпозити ВНТ – 1CeO2 та ВНТ – 3CeO2 мають вищу
каталітичну активність ніж ненанесений нанооксид церію при всіх значеннях рН
середовища, що підтверджує доцільність нанесення наночастинок CeO2 на вуглецеву
матрицю.
0,0000
0,0002
0,0004
0,0006
0,0008
0,0010
0,0012
0,0014
0,0016
0,0018
0,0020
0 20 40 60 80 100
Вміст СеО2 в нанокомпозиті, мас. %
K
a
ф
,
m
M
-1
Рис. 9. Залежність каталітичної активності матеріалів від вмісту СеО2 при рН 10,5.
Висновки
Синтезовано серію композитних матеріалів ВНТ – СеО2 з різним вмістом
нанооксиду церію (від 0,66 до 15,29 % мас.) за реакцією осадження нітрату церію у
водному середовищі при кімнатній температурі без використання стабілізаторів.
Досліджено каталітичну активність даних матеріалів у реакції розкладання пероксиду
водню при різних значеннях рН середовища (від 8 до 11). Встановлено, що каталітична
(каталазоподібна) активність досліджуваних матеріалів екстремально залежить від рН
середовища, а рН-оптимум знаходиться в межах 9,5 – 10,5. Також було з’ясовано, що
нанокомпозит із найменшим вмістом СеО2 має найвищу каталітичну активність у
досліджуваній реакції, а зростання вмісту нанооксиду призводить до погіршення
каталітичних властивостей. Це можна пояснити агломерацією наночастинок, яка
зумовлює зменшення питомої поверхні, що в свою чергу спричинює зменшення
кількості поверхневих дефектів та співвідношення Се3+ / Се4+. Крім цього, було
показано, що нанокомпозити ВНТ – 1CeO2 та ВНТ – 3CeO2 мають вищу каталітичну
активність ніж ненанесений нанооксид церію при всіх значеннях рН середовища, що
підтверджує доцільність нанесення наночастинок CeO2 на вуглецевий носій.
Література
1. Шекунова Т. О., Гиль Д. О., Иванова О. С., Иванов В. К., Третьяков Ю.Д. Синтез,
биологическая и фотокаталитическая активность золей диоксида церия,
стабилизированных цитрат-ионом // Наносистемы: физика, химия, математика. –
2013. – Т. 4 (1). – С. 83 – 89.
2. Trovarelli A. Catalysis by ceria and related materials. – London: Imperial College Press,
2002. – 508 p.
251
3. Goharshadi E. K., Elaheh K, Samiee S., Nancarrow P.. Fabrication of cerium oxide
nanoparticles: Characterization and optical properties // Journal of Colloid and Interface
Science. – 2011. – Vol. 356. – P. 473. – 480.
4. Heckert E. G., Karakoti A. S., Seal S., Self W. T. The role of cerium redox state in the
SOD mimetic activity of nanoceria // Biomaterials. – 2008. – Vol. 29. – P. 2705 – 2709.
5. Hayat A., Cunningham J., Bulbul G., Andreescu S. Evaluation of the oxidase like
activity of nanoceria and its application in colorimetric assays // Analytica Chimica
Acta. – 2015. – Vol. 885. – P. 140 – 145.
6. Pirmohamed T., Dowding J. M., Singh S., Wasserman B., Heckert E., Karakoti A. S.,
King J. E., Seal S., Self W. T. Nanoceria exhibit redox state-dependent catalase mimetic
activity // Chem Commun (Camb). – 2010. – Vol. 46 (16). – P. 2736 – 2738.
7. Vellard M. The enzyme as drug: application of enzymes as pharmaceuticals // Current
Opinion in Biotechnology. – 2003. – V. 14. – P. 444 – 450.
8. Kirk O., Borchert T. V., Fuglsang C. C. Industrial enzyme applications // Current
Opinion in Biotechnology. – 2002. – V. 13. – P. 345 – 351.
9. Chang Q., Deng K, Zhu L., Jiang G., Yu C., Tang H. Determination of hydrogen
peroxide with the aid of peroxidase-like Fe3O4 magnetic nanoparticles as the //
Microchim Acta. – 2009. – V. 165. – P. 299 – 305.
10. Natalio F., Andrй R., Hartog A. F., Stoll B., Jochum K. P., Wever R.,
Tremel W.Vanadium pentoxide nanoparticles mimic vanadium haloperoxidases and
thwart biofilm formation // Nature Nanotechnology. – 2012. – Vol. 7. – P. 530 – 535.
11. He W., Liu Y., Yuan J., Yin J.-J., Wu X., Hu X., Zhang K., Liu J., Chen C., Ji Y., Guo
Y. Au@Pt nanostructures as oxidase and peroxidase mimetics for use in immunoassays
// Biomaterials. – 2011. – V. 32. – P. 1139 – 1147.
12. Song Y., Qu K., Zhao C., Ren J., Qu X. Graphene Oxide: Intrinsic Peroxidase Catalytic
Activity and Its Application to Glucose Detection // Adv. Mater. – 2010. – Vol. 22. –
P. 2206 – 2210.
13. Nicholls P. Classical catalase: Ancient and modern // Archives of Biochemistry and
Biophysics. – 2012. – Vol. 525. – P. 96 – 101.
14. Mu J., Zhang L., Zhao M., Wang Y. Catalase Mimic Property of Co3O4 Nanomaterials
with Different Morphology and Its Application as a Calcium SensorJianshuai // ACS
Appl. Mater. Interfaces. – 2014. – V. 6. – P. 7090 – 7098.
15. Milek J., Wуjcik M., Verschelde W. Thermal stability for the effective use of
commercial catalase // Pol. J. Chem. Tech. – 2014. – Vol. 16, № 4. – P. 75 – 79.
16. Щербаков А. Б., Жолобак Н. М., Иванов В. К., Третьяков Ю. Д., Спивак Н. Я.
Наноматериалы на основе диоксида церия:свойства и перспективы использования
в биологии и медицине // Біотехнологія. – 2011. – Т. 4, №1. – С.9 – 28.
17. Celardo I., Pedersen J. Z.,. Traversa E., Ghibelli L. Pharmacological potential of cerium
oxide nanoparticles // Nanoscale. – 2011. – Vol. 3. – P. 1411 – 1420.
18. Voitko K., Tуth A., Demianenko E., Dobos G., Berke B., Bakalinska O., Grebenyuk A.,
Tombбcz E., Kuts V., Tarasenko Y., Kartel M., Lбszlу K. Catalytic performance of
carbon nanotubes in H2O2 decomposition: Experimental and quantum chemical study //
Journal of Colloid and Interface Science. – 2015. – Vol. 437. – P. 283 – 290.
19. Brichka S. Ya., Yanchuk I. B., Konchits A. A., Kolesnik S. P., Yefanov A. V., Brichka
A. V., Kartel N. T. Decoration of carbon nanotubes with cerium (IV) oxide // Хімія,
фізика та технологія поверхні. – 2011. – Т. 2, № 1. – С. 34–40.
20. Удовицкий В. Г. Методы оценки чистоты и характеризации свойств углеродных
нанотрубок // Физическая инженерия поверхности. – 2009. – Т. 7, №. 4. – С. 351–
373.
252
КАТАЛАЗОПОДОБНАЯ АКТИВНОСТЬ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК,
ДЕКОРИРОВАНЫХ НАНООКСИДОМ ЦЕРИЯ
Н.В. Бортник, А.В. Бричка, О.Н. Бакалинская, С.Я. Бричка, Н.Т. Картель
Институт химии поверхности им. А.А. Чуйко Национальной академии наук Украины,
ул. Генерала Наумова, 17, Киев, 03164, Украина, e-mail: natalya.bortnyk@gmail.com
Синтезирована серия материалов на основе углеродных нанотрубок и
нанооксида церия (ВНТ – СеО2) реакцией осаждения нитрата церия в водной среде при
комнатной температуре без стабилизаторов. Содержание СеО2 в нанокомпозитах
варьируется в пределах 0,66 – 15,29 % масс. Исследована каталитическая
каталазоподобная активность нанооксида церия, УНТ и их нанокомпозитов в реакции
разложения пероксида водорода при значениях рН среды 8 – 11. Найдена
экстремальная зависимость каталитической активности нанооксида церия и
цериесодержащих нанокомпозитов от рН среды с рН-оптимумом в пределах 9,5 –
10,5. Показано, что увеличение содержания СеО2 в нанокомпозитах приводит к
ухудшению его каталитических свойств, что объясняется агломерацией частиц
нанооксида, уменьшением их удельной поверхности и поверхностных Се3 + / Се4 +
дефектов.
CATALASE-LIKE ACTIVITY OF CARBON NANOTUBES DECORATED WITH
NANOCERIA
N.V. Bortnyk, A.V. Brichka, O.M. Bakalinska, S.Ya. Brichka, M.T Kartel
Chuiko Institute of Surface Chemistry, National Academy of Sciences of Ukraine,
17 General Naumov Str., Kyiv 03164, Ukraine, e-mail: natalya.bortnyk@gmail.com
A series of CNT – CeO2 nanocomposites was synthesized by the reaction of cerium
nitrate deposition in the aqueous media at room temperature without stabilizers. Amount of
СеО2 in the nanoсоmposites varies from 0,66 to 15,29 %. The catalase–mimetic activity of
nanoceria, pristine CNT and their nanocomposites was studied in the reaction of hydrogen
peroxide decomposition in the pH range of 8 – 11. An extremal dependence of the enzyme-
mimetic activity on the pH-value with the pH-optimum at 9.5 – 10.5 was found for nanoceria
and nanoceria-containing materials. It was shown that catalytic activity of nanocomposites
decreased with the increase of CeO2 content, that can be explained by the agglomeration of
the nanoparticles that causes the surface area reduction and the decrease of the surface
defects Се3+/Се4+ quantity.
|
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-587 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T17:15:21Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | surfacezbircomua/36/13e16b1b5fdd1473a7bf23c1b66af536.pdf |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5872018-11-27T09:34:56Z Catalase-like activity of carbon nanotubes decorated with nanoceria Каталазоподобная активность углеродных нанотрубок, декорированых нанооксидом церия Каталазоподібна активність вуглецевих нанотрубок, декорованих нанооксидом церію Bortnyk, N. V. Brichka, A. V. Bakalinska, O. M. Brichka, S. Ya. Kartel, M. T. A series of CNT – CeO2 nanocomposites was synthesized by the reaction of cerium nitrate deposition in the aqueous media at room temperature without stabilizers. Amount of СеО2 in the nanoсоmposites varies from 0,66 to 15,29 %. The catalase–mimetic activity of nanoceria, pristine CNT and their nanocomposites was studied in the reaction of hydrogen peroxide decomposition in the pH range of 8 – 11. An extremal dependence of the enzyme-mimetic activity on the pH-value with the pH-optimum at 9.5 – 10.5 was found for nanoceria and nanoceria-containing materials. It was shown that catalytic activity of nanocomposites decreased with the increase of CeO2 content, that can be explained by the agglomeration of the nanoparticles that causes the surface area reduction and the decrease of the surface defects Се3+/Се4+ quantity. Синтезирована серия материалов на основе углеродных нанотрубок и нанооксида церия (ВНТ – СеО2) реакцией осаждения нитрата церия в водной среде при комнатной температуре без стабилизаторов. Содержание СеО2 в нанокомпозитах варьируется в пределах 0,66 – 15,29 % масс. Исследована каталитическая каталазоподобная активность нанооксида церия, УНТ и их нанокомпозитов в реакции разложения пероксида водорода при значениях рН среды 8 – 11. Найдена экстремальная зависимость каталитической активности нанооксида церия и цериесодержащих нанокомпозитов от рН среды с рН-оптимумом в пределах 9,5 – 10,5. Показано, что увеличение содержания СеО2 в нанокомпозитах приводит к ухудшению его каталитических свойств, что объясняется агломерацией частиц нанооксида, уменьшением их удельной поверхности и поверхностных Се3 + / Се4 + дефектов. Синтезовано серію матеріалів на основі вуглецевих нанотрубок та нанооксиду церію (ВНТ – СеО2) за реакцією осадження нітрату церію у водному середовищі при кімнатній температурі без стабілізаторів. Вміст СеО2 в нанокомпозитах варіюється в межах 0,66 – 15,29 % мас. Досліджено каталітичну каталазоподібну активність нанооксиду церію, ВНТ та їх нанокомпозитів у реакції розкладання пероксиду водню при значеннях рН середовища 8 – 11. Знайдено екстремальну залежність каталітичної активності нанооксиду церію та церієвмісних нанокомпозитів від рН середовища з рН-оптимумом в межах 9,5 – 10,5. Встановлено, що збільшення вмісту СеО2 у нанокомпозиті призводить до погіршення його каталітичних властивостей, що пояснюється агломерацією частинок нанооксиду, зменшенням їхньої питомої поверхні та поверхневих Се3+/Се4+ дефектів. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2015-09-09 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/587 Surface; No. 7(22) (2015): Surface; 244-252 Поверхность; № 7(22) (2015): Поверхность; 244-252 Поверхня; № 7(22) (2015): Поверхня; 244-252 3154-8091 3154-8083 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/587/587 Авторське право (c) 2015 N.V. Bortnyk, A.V. Brichka, O.M. Bakalinska, S.Ya. Brichka, M.T Kartel |
| spellingShingle | Bortnyk, N. V. Brichka, A. V. Bakalinska, O. M. Brichka, S. Ya. Kartel, M. T. Каталазоподібна активність вуглецевих нанотрубок, декорованих нанооксидом церію |
| title | Каталазоподібна активність вуглецевих нанотрубок, декорованих нанооксидом церію |
| title_alt | Catalase-like activity of carbon nanotubes decorated with nanoceria Каталазоподобная активность углеродных нанотрубок, декорированых нанооксидом церия |
| title_full | Каталазоподібна активність вуглецевих нанотрубок, декорованих нанооксидом церію |
| title_fullStr | Каталазоподібна активність вуглецевих нанотрубок, декорованих нанооксидом церію |
| title_full_unstemmed | Каталазоподібна активність вуглецевих нанотрубок, декорованих нанооксидом церію |
| title_short | Каталазоподібна активність вуглецевих нанотрубок, декорованих нанооксидом церію |
| title_sort | каталазоподібна активність вуглецевих нанотрубок, декорованих нанооксидом церію |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/587 |
| work_keys_str_mv | AT bortnyknv catalaselikeactivityofcarbonnanotubesdecoratedwithnanoceria AT brichkaav catalaselikeactivityofcarbonnanotubesdecoratedwithnanoceria AT bakalinskaom catalaselikeactivityofcarbonnanotubesdecoratedwithnanoceria AT brichkasya catalaselikeactivityofcarbonnanotubesdecoratedwithnanoceria AT kartelmt catalaselikeactivityofcarbonnanotubesdecoratedwithnanoceria AT bortnyknv katalazopodobnaâaktivnostʹuglerodnyhnanotrubokdekorirovanyhnanooksidomceriâ AT brichkaav katalazopodobnaâaktivnostʹuglerodnyhnanotrubokdekorirovanyhnanooksidomceriâ AT bakalinskaom katalazopodobnaâaktivnostʹuglerodnyhnanotrubokdekorirovanyhnanooksidomceriâ AT brichkasya katalazopodobnaâaktivnostʹuglerodnyhnanotrubokdekorirovanyhnanooksidomceriâ AT kartelmt katalazopodobnaâaktivnostʹuglerodnyhnanotrubokdekorirovanyhnanooksidomceriâ AT bortnyknv katalazopodíbnaaktivnístʹvuglecevihnanotrubokdekorovanihnanooksidomceríû AT brichkaav katalazopodíbnaaktivnístʹvuglecevihnanotrubokdekorovanihnanooksidomceríû AT bakalinskaom katalazopodíbnaaktivnístʹvuglecevihnanotrubokdekorovanihnanooksidomceríû AT brichkasya katalazopodíbnaaktivnístʹvuglecevihnanotrubokdekorovanihnanooksidomceríû AT kartelmt katalazopodíbnaaktivnístʹvuglecevihnanotrubokdekorovanihnanooksidomceríû |