REGULARITIES OF NICKEL- АND CARBONATE- CONTAINING CALCIUM PHOSPHATES FORMATION
The regularities of nickel- and carbonate-containing calcium phosphates formation were investigated in an aqueous solution of the system Сa2+ - Ni2+  - PO43- - CO32- - NO3- at the molar ratios Сa2+ : Ni2+ : PO43-: CO32- = (10-х-у/2) : х : (6-у) : у, (for the values of x = 0.05, 0.1, 0...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2025
|
| Online Zugang: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/700 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871466093776732160 |
|---|---|
| author | Slobodyanik , Mykola Bebkevich, Olha Strutynska, Nataliia |
| author_facet | Slobodyanik , Mykola Bebkevich, Olha Strutynska, Nataliia |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Mykola Slobodyanik ",
"institution": "Taras Shevchenko National University of Kyiv "
},
{
"author": " Olha Bebkevich",
"institution": "Taras Shevchenko National University of Kyiv "
},
{
"author": "Nataliia Strutynska",
"institution": "Taras Shevchenko National University of Kyiv "
}
] |
| author_sort | Slobodyanik , Mykola |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:55Z |
| description | The regularities of nickel- and carbonate-containing calcium phosphates formation were investigated in an aqueous solution of the system Сa2+ - Ni2+  - PO43- - CO32- - NO3- at the molar ratios Сa2+ : Ni2+ : PO43-: CO32- = (10-х-у/2) : х : (6-у) : у, (for the values of x = 0.05, 0.1, 0.5, 1.0; у = 0 or 0.5) at room temperature with their subsequent heating to a temperature of 600 °С for 2 hours. The conditions for the formation of biphasic calcium phosphates (a mixture of phases based on Са10(РО4)6(ОН)2 and β-Са3(РО4)2) as well as monophasic apatite-related calcium phosphates were established. The crystallite sizes of calcium phosphate synthesized in systems without the addition of carbonate anions are within 25–30 nm, while the addition of carbonate anions to the initial solution at a molar ratio of PO43-/СО32- = 11 and an increase in the content of nickel cations (an increasing of value of x from 0.05 to 0.5) led to a decrease in the particle size of doped hydroxyapatites from 46 nm to 21 nm. The calculated lattice parameters for apatite-type calcium phosphates which belong to the hexagonal system, space group P63/m, are within the values: a = 9.41–9.43Å, c = 6.88–6.89 Å correlate with the degree of substitution of calcium cations by nickel cations in the cationic sublattice and phosphate by carbonate in the anionic position for hydroxyapatites. For phases based on β-Са3(РО4)2 (trigonal system, space group R3c) in the composition of biphasic calcium phosphates, the calculated lattice parameters (а = 10.36 Å, c = 37.22 Å) are some smaller than those corresponding to β-Са3(РО4)2, that indicates the doping of both types of phosphates with nickel cations. The position of the vibrational modes of carbonate groups in the frequency range 1365–1460 cm-1 confirms the B type of substitution in the anionic sublattice of apatite-type calcium phosphate. The obtained results can be used in the development of catalysts based on nanoparticles of modified with carbonate-anions apatite-related calcium phosphates, which contain up to 3 wt% nickel cations. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.90.12.2024.37-44 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:59Z |
| format | Article |
| fulltext |
37
УДК 546.185 doi: 10.33609/2708-129X.90.11.2024.37-44
ЗАКОНОМІРНОСТІ ФОРМУВАННЯ НІКЕЛЬ- ТА КАРБОНАТ
ВМІСНИХ КАЛЬЦІЙ-ФОСФАТІВ
М. С. Слободяник, О. М. Бебкевич, Н. Ю. Струтинська*
Київський національний університет імені Тараса Шевченка,
вул. Володимирська, 64/13, Київ 01601, Україна
*email: n.strutynska@knu.ua
Закономірності формування нікель- і карбонатвмісних кальцій-фосфатів дослідже-
но у водному розчині системи Сa2+ - Ni2+ - PO4
3- - CO3
2- - NO3
- за мольних співвідношень
Сa2+ : Ni2+ : PO4
3-: CO3
2- = (10-х-у/2) : х : (6-у) : у, (для значень x = 0.05, 0.1, 0.5, 1.0; у = 0
чи 0.5) за кімнатної температури з подальшим нагріванням їх до температури 600 °С
упродовж 2 годин. Встановлено умови формування біфазних кальцій-фосфатів (суміш
фаз на основі Са10(РО4)6(ОН)2 та β-Са3(РО4)2) і монофазних кальцій-фосфатів апатито-
вого типу. Розміри кристалітів кальцій-фосфатів, що були синтезовані у системах без
додавання карбонат-аніонів, знаходяться у межах 25–30 нм, а додавання карбонат-ані-
онів у вихідний розчин за мольного співвідношення PO4
3-/СО3
2- = 11 та підвищення
вмісту катіонів нікелю (зростання значення x від 0.05 до 0.5) сприяють зменшенню
розмірів частинок легованих гідроксиапатитів від 46 нм до 21 нм. Розраховані пара-
метри комірок для кальцій-фосфатів апатитового типу, що належать до гексагональ-
ної сингонії, просторової групи Р63/m, знаходяться в межах значень: а = 9.41–9.43Å,
c = 6.88–6.89 Å корелюють зі ступенем заміщення катіонів кальцію катіонами нікелю
у катіонній підґратці та фосфату карбонатом у аніонній позиції для гідроксиапати-
тів. Для фаз на основі β-Са3(РО4)2, що належать до тригональної сингонії, просторо-
вої групи R3c у складі біфазних кальцій-фосфатів, розраховані параметри комірок
(а = 10.36 Å, c = 37.22 Å) є дещо меншими, ніж відповідні для β-Са3(РО4)2, що вказує на
легування катіонами нікелю обох типів фосфатів. Положення коливальних мод кар-
бонатних груп у частотному діапазоні 1365–1460 см-1 підтверджує Б тип заміщення у
аніонній підґратці кальцій-фосфату апатитового типу. Одержані результати можна
використати у розробках каталізаторів на основі наночастинок модифікованих карбо-
натвмісних кальцій-фосфатів апатитового типу, що містять до 3 мас % катіонів нікелю.
Ключові слова: нікель, гідроксиапатит, біфазний кальцій фосфат, ІЧ-спектро
скопія.
38 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
ЗАКОНОМІРНОСТІ ФОРМУВАННЯ НІКЕЛЬ- ТА КАРБОНАТВМІСНИХ КАЛЬЦІЙ-ФОСФАТІВНЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
ВСТУП. Значний інтерес до кальцій-фос-
фатів апатитового типу (Са10(РО4)6(ОН)2),
β-трикальцій-фосфату (β-Са3(РО4)2) та їх-
ніх ізо- чи гетеровалентнозаміщених різної
природи катіонами чи аніонами аналогів зу-
мовлений можливістю їхнього використан-
ня як матриць для радіоактивних відходів
чи токсичних металів, адсорбентів для ви-
далення іонів важких металів (Cd2+, Ni2+ та
Pb2+) [1–4], матеріалів із люмінесцентними
властивостями [5–6], також як каталізато-
рів, у тому числі і в реакціях перетворень
органічних сполук [7–14]. Основними ме-
тодами синтезу заміщених кальцій-фосфа-
тів є твердофазна взаємодія, співосадження
з водного розчину чи золь-гель-технологія.
Застосування зазначених методів дозволяє
одержувати матеріали у різних формах від
наночастинок до керамік.
Метою цієї роботи було дослідження за-
кономірностей формування нікель- та кар-
бонатвмісних кальцій-фосфатів за мольних
співвідношень Сa2+:Ni2+:PO4
3-:CO3
2- = (10-х-
у/2) : х : (6-у) : у, (x = 0.05, 0.1, 0.5, 1.0; у = 0,
0.5) у водних розчинах із подальшим нагрі-
ванням фосфатів до температури 600 °С,
з’ясування межі ізовалентного заміщення
катіонів кальцію катіонами нікелю, у тому
числі з одночасною модифікацією аніонної
підґратки. Синтезовані фосфати аналізува-
ли методами рентгенівської дифракції на
порошках та ІЧ-спектроскопії.
ЕКСПЕРИМЕНТ ТА ОБГОВОРЕННЯ
РЕЗУЛЬТАТІВ
Синтез зразків. Закономірності фор-
мування нікельвмісних кальцій-фосфатів
досліджено у системі Сa2+-Ni2+-PO4
3--CO3
2--
NO3
- за мольних співвідношень Сa2+: Ni 2+:
PO4
3-: CO3
2- = (10-х) : х : (6-у) : у, (x = 0.05, 0.1,
0.5, 1.0; у = 0, 0.5), використовуючи як ви-
хідні компоненти Ca(NO3)2⋅4H2O («ч. д. а»),
Ni(NO3)2⋅6H2O (“ч. д. а”), (NH4)2НPO4
(“ч. д. а”) та NH4НСO3 (“ч. д. а”). Змішу-
ванням розчинів, що містили розраховані
кількості нітратів кальцію і нікелю з розчи-
ном фосфату амонію чи суміші фосфату і
гідрокарбонату амонію одержували амор-
фний осад. Після інтенсивного перемішу-
вання впродовж 5 хв додавали 3 мл розчи-
ну амонію та ще перемішували 3 хв. Суміш
випарювали досуха у фарфоровій чашці та
нагрівали до 600ºС за 2 год. Зразки ретель-
но перетирали та досліджували фізико-хі-
мічними методами.
Методи дослідження. Фазовий склад
зразків аналізували методом рентгенів-
ської дифракції на порошках. Дифракто-
грами зареєстровано з використанням по-
рошкового дифрактометра Shimadzu XRD-
6000 (у діапазоні 2θ = 5.0–60.0° зі швидкістю
1°/хв). Ідентифікацію фаз здійснено порів-
нянням експериментальних дифрактограм
синтезованих зразків із даними з бази ICDD
(The International Centre for Diffraction
Data). Параметри елементарної комірки
розраховано з використанням програми
FullProf. Ефективний розмір частинок оці-
нено з використанням даних рентгенівської
дифракції за формулою Дебая – Шеррера:
D = kλ/(βcosθhkl), де k – коефіцієнт, що дорів-
нює 0.9, β – кутове розширення дифракцій-
ного максимуму (у радіанах), визначається
як ширина максимуму на половині його ви-
соти; θhkl – кутове положення дифракційно-
го максимуму. Аніонний склад синтезова-
них зразків підтверджено методом ІЧ-спек-
троскопії з використанням спектрометра
PerkinElmer Spectrum BX (частотний діапа-
зон 400–4000 см-1 для зразків, запресованих
у таблетки з КВr).
39https://ucj.org.ua
М. С. Слободяник, О. М. Бебкевич, Н. Ю. Струтинська УХЖ № 12 / ТОМ 90
Закономірності формування нікель- та
карбонатвмісних кальцій-фосфатів дослі
джували за мольних співвідношень Сa2+:
Ni2+: PO4
3-:CO3
2- = (10-х) : х : (6-у) : у, (x = 0.05,
0.1, 0.5, 1.0), що передбачало реалізацію ізо
валентного заміщення Сa2+→Ni2+ (до 10 мол%
для у = 0) та комбінованого заміщення
Сa2+→Ni2+ (до 10 мол%) та PO4
3-→CO3
2- (до
9 мол% для у = 0.5) у структурі гідроксиапа-
титу Са10(РО4)6(ОН)2. Результати фазового
аналізу для зразків, синтезованих без до-
давання карбонат-аніонів, виявили вплив
кількості катіонів нікелю у вихідному роз-
чині на фазовий склад продуктів відпалу за
600 °С (Табл. 1 та Рис. 1). Встановлено, що
у досліджуваних умовах формування каль-
цій-фосфатів можливим є заміщення каті-
онів кальцію катіонами нікелю до 5 мол%
зі збереженням структури апатитового
типу (Рис. 1 а–в), а підвищення вмісту ніке-
лю, що передбачало реалізацію заміщення
кальцію на 10 мол%, призводить до форму-
вання суміші фаз на основі Са10(РО4)6(ОН)2
та β-Са3(РО4)2.у однаковому масовому спів-
відношенні (Рис. 1г).
Для систем Сa2+-Ni2+-PO4
3--CO3
2--NO3
- за
тих же співвідношень катіонів кальцію і ні-
келю додавання карбонату у вихідний роз-
чин за значення мольного співвідношення
Сa2+: Ni 2+: PO4
3-:CO3
2- = (10-х) : х : (6-у) : у,
(x = 0.05, 0.1, 0.5, 1.0) впливу на фазовий склад
продуктів взаємодії не виявлено (Рис. 2
а–в) за винятком зміни масового співвід-
ношення фаз на основі Са10(РО4)6(ОН)2 та
β-Са3(РО4)2 з підвищенням вмісту фази
апатитового типу до 75 мас% у складі зраз-
ка, синтезованого при x = 1.0 (Рис. 2). Одер-
жані результати вказують на важливу роль
карбонат-аніону у вихідному розчині у
формуванні фази апатитового типу.
Рис. 1. Порошкові рентгенограми кальцій-фос-
фатів, синтезованих за мольних співвідношень:
Сa2+:Ni2+:PO4
3-= (10-х) : х : 6 (x = 0.05 (а), 0.1 (б), 0.5 (в),
1.0 (г)) та нагрітих до температури 600°С. Рефлекси
фази Са10(РО4)6(ОН)2 (PDF2 # 01-089-6495) позначе-
но червоним кольором, а фази β-Са3(РО4)2 (PDF2 #
01-070-2065) – зеленим кольором.
Fig. 1. XRD patterns for obtained calcium phosphates
at molar ratios: Сa2+:Ni2+:PO4
3-= (10-х) : х : 6, (x = 0.05
(а), 0.1 (б), 0.5 (в), 1.0 (г)) and heated to temperature
600 °С. Reflexes of phase Са10(РО4)6(ОН)2 (PDF2 #
01-089-6495) are marked with vertical red lines, while
β-Са3(РО4)2 (PDF2 # 01-070-2065) – vertical green lines.
40 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
ЗАКОНОМІРНОСТІ ФОРМУВАННЯ НІКЕЛЬ- ТА КАРБОНАТВМІСНИХ КАЛЬЦІЙ-ФОСФАТІВНЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
Аналіз значень розрахованих параме-
трів комірок для синтезованих фосфа-
тів, у тому числі і композиту (суміші фаз
Са10(РО4)6(ОН)2 та β-Са3(РО4)2) та їхнє по-
рівняння з відповідними для незаміщених
фосфатів Са10(РО4)6(ОН)2 (гексагональ-
на сингонія, просторова група Р63/m: а =
9.435(5) Å, c = 6.890(1) Å) та β-Са3(РО4)2
(тригональна сингонія, просторова група
R3c: а = 10.429(8) Å, c = 37.380(1) Å), під-
тверджує реалізацію часткового заміщення
кальцію меншим за розміром катіоном ні-
келю у обох структурах фосфатів (Табл. 1).
Слід відмітити, що зменшення параметрів
корелює зі збільшенням кількості катіонів
нікелю у вихідному розчині (Табл. 1).
Табл. 1
Розраховані параметри елементарних комірок та розміри частинок кальцій-фос-
фатів, синтезованих у системі Ca2+-Ni2+-PO4
3---CO3
2--NO3
- за різних мольних співвідно-
шень у вихідному розчині
Table 1.
Calculated lattice parameters and particles size for obtained calcium phosphates in the
systems Ca2+-Ni2+-PO4
3---CO3
2--NO3
- at different molar ratios in an initial solution.
Мольне співвідношення
Ca2+:Ni2+ :PO4
3-:CO3
2- Типи фаз
Параметри елементарної
комірки Розміри
частинок
а, Å c, Å
9.95 : 0.05 : 6 : 0
Са10(РО4)6(ОН)2
9.436(1) 6.891(5) 29
9.9 : 0.1 : 6 : 0 9.428(7) 6.887(7) 30
9.5 : 0.5 : 6 : 0 9.422(7) 6.885(1) 25
9 : 1.0 : 6 : 0 β-Са3(РО4)2 + 10.363(2) 37.225(2) 23
Са10(РО4)6(ОН)2 9.415(2) 6.884(2) 29
9.7 : 0.05 : 5.5 : 0.5
Са10(РО4)6(ОН)2
9.432(1) 6.889(5) 46
9.65 : 0.1 : 5.5 : 0.5 9.425(3) 6.888(2) 34
9.25 : 0.5 : 5.5 : 0.5 9.418(1) 6.881(2) 21
8.75 : 1.0 : 5.5 : 0.5 β-Са3(РО4)2 +
Са10(РО4)6(ОН)2
10.362(1) 37.222(1) 38
9.411(1) 6.879(1) 35
Аналіз впливу співвідношень компонен-
тів у вихідному розчині на розміри синте-
зованих частинок кальцій-фосфатів апа-
титового типу, розрахованих за формулою
Дебая – Шеррера, виявив, що у випадку
систем без додавання карбонату форму-
ються частинки розмірами у діапазоні 25–
30 нм. Однак при додаванні карбонату у ви-
хідний розчин за мольного співвідношення
PO4
3-/СО3
2- = 11 по мірі підвищення вмісту
нікелю відмічено зменшення розміру час-
тинок фази на основі гідроксиапатиту від
46 нм до 21 нм (Табл 1.)
ІЧ-спектри усіх синтезованих зразків
наведено на Рис. 3. Присутні коливальні
моди фосфатних тетраедрів у частотних
діапазонах 548–635 см-1 (ν4) і 995–1140 см-1
(ν1 і ν3) та ОН--групи при 3580 і 600 см-1 у
структурі апатитового типу (Рис. 3). Широ-
ку смугу у частотній області 3220–3600 см-1
відносять до коливань адсорбованої води.
Положення коливальних мод у частотних
областях 1365–1490 см-1 (ν3) і 880–895 см-1
(ν2) для зразків, синтезованих у розчинах із
додаванням карбонат-аніону (Рис. 3б) під-
тверджує реалізацію часткового заміщен-
ня фосфат-аніонів карбонатними групами
(Б-тип) у структурі гідроксиапатиту.
41https://ucj.org.ua
М. С. Слободяник, О. М. Бебкевич, Н. Ю. Струтинська УХЖ № 12 / ТОМ 90
Рис. 2. Порошкові рентгенограми кальцій-фос-
фатів, синтезованих за мольних співвідношень: Сa2+ :
Ni2+ : PO4
3- : CO3
2-= (9.75-х) : х : 5.5 : 0.5, (x = 0.05 (а), 0.1
(б), 0.5 (в), 1.0 (г)) та нагрітих до температури 600 °С.
Рефлекси фази Са10(РО4)6(ОН)2 (PDF2 # 01-089-6495)
позначено червоним кольором, а фази β-Са3(РО4)2
(PDF2 # 01-070-2065) – зеленим кольором.
Fig. 2. XRD patterns for calcium phosphates obtained
at molar ratios: Сa2+:Ni2+:PO4
3- :CO3
2-= (9.75-х) : х : 5.5 :
0.5, (x = 0.05 (а), 0.1 (б), 0.5 (в), 1.0 (г)) and heated to
temperature 600°С. Reflexes of phase Са10(РО4)6(ОН)2
(PDF2 # 01-089-6495) are marked with vertical red
lines, while β-Са3(РО4)2 (PDF2 # 01-070-2065) – verti-
cal green lines.
Рис. 3. ІЧ-спектри кальцій-фосфатів, синтезова-
них за мольних співвідношень: Сa2+:Ni2+:PO4
3- :CO3
2 =
(10-х-y/2) : х : (6-y) : y, (x = 0.05 (крива 1), 0.1 (крива
2), 0.5 (крива 3), 1.0 (крива 4)), у = 0 (а), 0.5 (б), нагрі-
тих до температури 600 °С
Fig. 3. FTIR spectra for calcium phosphates obtained
at molar ratios: Сa2+:Ni2+:PO4
3- :CO3
2-= (10-х-y/2) : х :
(6-y) : y, (х = 0.05 (curve 1), 0.1 (curve 2), 0.5 (curve 3),
1.0 (curve 4), у = 0 (а), 0.5 (б) and heated to temperature
600 °С.
ВИСНОВКИ. Досліджено закономірнос-
ті формування нікель- та карбонатвміс-
них кальцій-фосфатів у водних розчинах
із подальшим відпалом фосфатів заданого
хімічного складу за температури 600°С та
встановлено можливості реалізації ізова-
лентного заміщення до 5 мол% катіонів
кальцію катіонами нікелю, у тому числі і
з одночасним гетеровалентним заміщен-
ням фосфату карбонат-аніоном у структурі
гідроксиапатиту. Підвищення вмісту ка-
тіонів нікелю у вихідному розчині сприяє
42 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
ЗАКОНОМІРНОСТІ ФОРМУВАННЯ НІКЕЛЬ- ТА КАРБОНАТВМІСНИХ КАЛЬЦІЙ-ФОСФАТІВНЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
формуванню біфазних кальцій-фосфа-
тів (суміші фаз на основі Ca10(PO4)6(OН)2 і
β-Са3(РО4)2 в однакових масових співвідно-
шеннях), а додавання карбонату у співвід-
ношенні PO4
3-:СO3
2- = 11 : 1 сприяє збільшен-
ню вмісту фази на основі гідроксиапатиту
Ca10(PO4)6(OН)2 до 75 мас%. Менші значен-
ня параметрів комірки для синтезованих
кальцій-фосфатів порівняно з вихідними
фазами підтверджують реалізацію частко-
вого заміщення атомів у катіонній підґра-
тці. Додавання карбонату у вихідний роз-
чин та підвищення вмісту катіонів нікелю
сприяють формування частинок меншого
розміру у межах від 45 до 20 нм. Реалізацію
Б-типу (РО4
3-→СО3
2-) заміщення у структу-
рі гідроксиапатиту підтверджує положення
коливальних мод карбонатних груп у ІЧ-
спектрах синтезованих фосфатів. Одержані
результати в подальшому можуть бути ко-
рисними у розробках каталізаторів на ос-
нові наночастинок нікель та карбонатвміс-
них кальцій-фосфатів апатитового типу чи
біфазних кальцій-фосфатів.
Роботу виконано за підтримки Мі
ністерства освіти і науки України
(проєкт № 0122U001959).
REGULARITIES OF NICKEL- АND CARBONATE-
CONTAINING CALCIUM PHOSPHATES
FORMATION.
M. S. Slobodyanik, O.M. Bebkevich,
N.Yu. Strutynska*
Taras Shevchenko National University of Kyiv,
Volodymyrska Str. 64/13, 01601, Kyiv, Ukraine
e-mail: n.strutynska@knu.ua
The regularities of nickel- and carbonate-
containing calcium phosphates formation
were investigated in an aqueous solution of the
system Сa2+ - Ni2+ - PO4
3- - CO3
2- - NO3
- at the
molar ratios Сa2+ : Ni2+ : PO4
3-: CO3
2- = (10-х-
у/2) : х : (6-у) : у, (for the values of x = 0.05, 0.1,
0.5, 1.0; у = 0 or 0.5) at room temperature with
their subsequent heating to a temperature of
600 °С for 2 hours. The conditions for the for-
mation of biphasic calcium phosphates (a mix-
ture of phases based on Са10(РО4)6(ОН)2 and
β-Са3(РО4)2) as well as monophasic apatite-re-
lated calcium phosphates were established.
The crystallite sizes of calcium phosphate syn-
thesized in systems without the addition of
carbonate anions are within 25–30 nm, while
the addition of carbonate anions to the initial
solution at a molar ratio of PO4
3-/СО3
2- = 11
and an increase in the content of nickel cations
(an increasing of value of x from 0.05 to 0.5)
led to a decrease in the particle size of doped
hydroxyapatites from 46 nm to 21 nm. The cal-
culated lattice parameters for apatite-type cal-
cium phosphates which belong to the hexago-
nal system, space group P63/m, are within the
values: a = 9.41–9.43Å, c = 6.88–6.89 Å corre-
late with the degree of substitution of calcium
cations by nickel cations in the cationic sublat-
tice and phosphate by carbonate in the anionic
position for hydroxyapatites. For phases based
on β-Са3(РО4)2 (trigonal system, space group
R3c) in the composition of biphasic calcium
phosphates, the calculated lattice parameters
(а = 10.36 Å, c = 37.22 Å) are some smaller
than those corresponding to β-Са3(РО4)2, that
indicates the doping of both types of phos-
43https://ucj.org.ua
М. С. Слободяник, О. М. Бебкевич, Н. Ю. Струтинська УХЖ № 12 / ТОМ 90
phates with nickel cations. The position of the
vibrational modes of carbonate groups in the
frequency range 1365–1460 cm-1 confirms the
B type of substitution in the anionic sublattice
of apatite-type calcium phosphate. The ob-
tained results can be used in the development
of catalysts based on nanoparticles of modified
with carbonate-anions apatite-related calcium
phosphates, which contain up to 3 wt% nickel
cations.
Keywords: nickel, hydroxyapatite, biphasic
calcium phosphate, FTIR spectroscopy.
ЛІТЕРАТУРА
1. George S., Mehta D., Saharan V. K. Application
of hydroxyapatite and its modified forms as
adsorbents for water defluoridation: an insight
into process synthesis. Rev Chem Eng. 2020.
36(3). P. 369.
DOI: 10.1515/revce-2017-0101
2. Mobasherpour I., Salahi E., Pazouki M. Com-
parative of the removal of Pb2+, Cd2+ and Ni2+
by nano crystallite hydroxyapatite from aque-
ous solutions: Adsorption isotherm study.
Arab. J. Chem. 2012. 5. P. 439.
DOI: 10.1016/j.arabjc.2010.12.022.
3. Avram A., Frentiu T., Horovitz O., Mocanu A.,
Goga F., Tomoaia-Cotişel M. Hydroxyapatite
for removal of heavy metals from wastewater.
Studia Univ. Babes-Bolyai Chem. 2017. 62. P. 93.
DOI:10.24193/subbchem.2017.4.08
4. Jaffar F. H., Dzarfan Othman M.H., Jannah I. N.,
Puteh M. H., Kurniawan T. A., Abu Bakar S.,
Abdullah H. Hydroxyapatite-based materials
for adsorption, and adsorptive membrane pro-
cess for heavy metal removal from wastewater:
Recent progress, bottleneck and opportunities.
J. Taiwan Inst. Chem. En. 2024. 164. P. 105668.
DOI:10.1016/j.jtice.2024.105668.
5. Chand S., Mehra R., Chopra V. Recent ad-
vancements in calcium based phosphate ma-
terials for luminescence applications. J. Lumin.
2022. 252. P. 119383.
DOI:10.1016/j.jlumin.2022.119383.
6. Anil, Kumar B., Barwar A., Barbar S. K. Struc
tural, optical and photoluminescence charac-
teristics of apatite type lanthanide silicates. J.
Molec. Str. 2024. 1312(1). P. 138607.
DOI:10.1016/j.molstruc.2024.138607.
7. Gruselle M., Tõnsuaadu K., Gredin P., Len C.
Apatites based catalysts: A tentative classifi-
cation. Molecular Catal. 2022. 519. P. 112146.
DOI: 10.1016/j.mcat.2022.112146
8. Fihri A., Len C., Varma R., Solgy A. Hydro
xyapatite: A review of syntheses, structure and
applications in heterogeneous catalysis. Coord
Chem Rev. 2017. 347. P. 48.
DOI: 10.1016/j.ccr.2017.06.009
9. Gruselle M. Apatites: A new family of catalysts
in organic synthesis, J.Organomet. Chem. 2015.
793. P. 93.
DOI: 10.1016/j.jorganchem.2015.01.018.
10. Sebti S., Tahir R., Nazih R., Saber A., Boula
ajaj S. Hydroxyapatite as a new solid support
for the Knoevenagel reaction in heterogeneous
media without solvent. Applied Catalysis A.
2002. 228. P. 155.
DOI:10.1016/S0926-860X(01)00961-9
11. Rhihil A., Aichi Y., Zahouily M., Sebti S., El Gu
endouzi M. Apatite phosphate doped by cobalt
as hight efficient catalyst of multi-component
synthesis of therapeutic spiropyrimidine com-
pound. Nat. Prod. Bioprospect. 2022. 12. P. 35.
DOI:10.1007/s13659-022-00359-8
12. Kandori K., Yamaguchi Y., Wakamura M. Pho-
todecomposition of surfactants using Ti(IV)-
doped calcium hydroxyapatite particles. Col-
loid Polym Sci. 2017. 295. P. 1079.
DOI:10.1007/s00396-017-4096-7
13. Reddy M. P., Venugopal A., Subrahmanyam M.
Hydroxyapatite photocatalytic degradation
of calmagite (an azo dye) in aqueous suspen-
sion. Applied Catalysis B: Environmental, 2007.
69(3–4). P. 164.
DOI:10.1016/j.apcatb.2006.07.003
14. Rocha R. L. P., Honorio L. M. C., Bezerra R. D.
44 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
ЗАКОНОМІРНОСТІ ФОРМУВАННЯ НІКЕЛЬ- ТА КАРБОНАТВМІСНИХ КАЛЬЦІЙ-ФОСФАТІВНЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
D. S., Trigueiro P., Duarte T. M., Fonseca M. G.,
Silva-Filho E. C., Osajima J. A. Light-Activated
Hydroxyapatite Photocatalysts: New Environ-
mentally-Friendly Materials to Mitigate Pollut-
ants. Minerals. 2022. 12(5). P. 525.
DOI:10.3390/min12050525
REFERENCES
1. George S., Mehta D., Saharan V. K. Application
of hydroxyapatite and its modified forms as
adsorbents for water defluoridation: an insight
into process synthesis. Rev Chem Eng. 2020.
36(3): 369.
DOI: 10.1515/revce-2017-0101
2. Mobasherpour I., Salahi E., Pazouki M. Com-
parative of the removal of Pb2+, Cd2+ and Ni2+
by nano crystallite hydroxyapatite from aque-
ous solutions: Adsorption isotherm study.
Arab. J. Chem. 2012. 5: 439.
DOI: 10.1016/j.arabjc.2010.12.022.
3. Avram A., Frentiu T., Horovitz O., Mocanu A.,
Goga F., Tomoaia-Cotişel M. Hydroxyapatite
for removal of heavy metals from wastewater.
Studia Univ. Babes-Bolyai Chem. 2017. 62. 93.
DOI:10.24193/subbchem.2017.4.08
4. Jaffar F. H., Dzarfan Othman M.H., Jannah I. N.,
Puteh M. H., Kurniawan T. A., Abu Bakar S.,
Abdullah H. Hydroxyapatite-based materials
for adsorption, and adsorptive membrane pro-
cess for heavy metal removal from wastewater:
Recent progress, bottleneck and opportunities.
J. Taiwan Inst. Chem. En. 2024. 164. 105668.
DOI:10.1016/j.jtice.2024.105668.
5. Chand S., Mehra R., Chopra V. Recent advan
cements in calcium based phosphate materials
for luminescence applications. J. Lumin. 2022.
252:119383.
DOI:10.1016/j.jlumin.2022.119383.
6. Anil, Kumar B., Barwar A., Barbar S. K. Struc-
tural, optical and photoluminescence charac-
teristics of apatite type lanthanide silicates. J.
Molec.r Str. 2024. 1312(1). 138607.
DOI:10.1016/j.molstruc.2024.138607.
7. Gruselle M., Tõnsuaadu K., Gredin P., Len C.
Apatites based catalysts: A tentative classifica-
tion. Molecular Catal. 2022. 519: 112146.
DOI: 10.1016/j.mcat.2022.112146
8. Fihri A., Len C., Varma R., Solgy A. Hydro
xyapatite: A review of syntheses, structure and
applications in heterogeneous catalysis. Coord
Chem Rev. 2017. 347: 48.
DOI: 10.1016/j.ccr.2017.06.009
9. Gruselle M. Apatites: A new family of catalysts
in organic synthesis, J.Organomet. Chem. 2015.
793: 93.
DOI: 10.1016/j.jorganchem.2015.01.018.
10. Sebti S., Tahir R., Nazih R., Saber A., Boula
ajaj S. Hydroxyapatite as a new solid support
for the Knoevenagel reaction in heterogeneous
media without solvent. Applied Catalysis A.
2002. 228: 155.
DOI:10.1016/S0926-860X(01)00961-9
11. Rhihil A., Aichi Y., Zahouily M., Sebti S., El Gu
endouzi M. Apatite phosphate doped by cobalt
as hight efficient catalyst of multi-component
synthesis of therapeutic spiropyrimidine com-
pound. Nat. Prod. Bioprospect. 2022. 12: 35.
DOI:10.1007/s13659-022-00359-8
12. Kandori K., Yamaguchi Y., Wakamura M. Pho-
todecomposition of surfactants using Ti(IV)-
doped calcium hydroxyapatite particles. Col-
loid Polym Sci. 2017. 295: 1079.
DOI:10.1007/s00396-017-4096-7
13. Reddy M. P., Venugopal A., Subrahmanyam M.
Hydroxyapatite photocatalytic degradation
of calmagite (an azo dye) in aqueous suspen-
sion. Applied Catalysis B: Environmental, 2007.
69(3–4): 164.
DOI:10.1016/j.apcatb.2006.07.003
14. Rocha R. L. P., Honorio L. M. C., Bezerra R. D.
D. S., Trigueiro P., Duarte T. M., Fonseca M. G.,
Silva-Filho E. C., Osajima J. A. Light-Activated
Hydroxyapatite Photocatalysts: New Environ-
mentally-Friendly Materials to Mitigate Pollut-
ants. Minerals. 2022. 12(5): 525.
DOI:10.3390/min12050525
Стаття надійшла 20.09.2024.
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-700 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:12:27Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/6d/1f77289daabd1ab64e3da1e33ec4276d.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-7002026-07-22T08:23:55Z REGULARITIES OF NICKEL- АND CARBONATE- CONTAINING CALCIUM PHOSPHATES FORMATION Slobodyanik , Mykola Bebkevich, Olha Strutynska, Nataliia nickel, hydroxyapatite, biphasic calcium phosphate, FTIR spectroscopy. The regularities of nickel- and carbonate-containing calcium phosphates formation were investigated in an aqueous solution of the system Сa2+ - Ni2+  - PO43- - CO32- - NO3- at the molar ratios Сa2+ : Ni2+ : PO43-: CO32- = (10-х-у/2) : х : (6-у) : у, (for the values of x = 0.05, 0.1, 0.5, 1.0; у = 0 or 0.5) at room temperature with their subsequent heating to a temperature of 600 °С for 2 hours. The conditions for the formation of biphasic calcium phosphates (a mixture of phases based on Са10(РО4)6(ОН)2 and β-Са3(РО4)2) as well as monophasic apatite-related calcium phosphates were established. The crystallite sizes of calcium phosphate synthesized in systems without the addition of carbonate anions are within 25–30 nm, while the addition of carbonate anions to the initial solution at a molar ratio of PO43-/СО32- = 11 and an increase in the content of nickel cations (an increasing of value of x from 0.05 to 0.5) led to a decrease in the particle size of doped hydroxyapatites from 46 nm to 21 nm. The calculated lattice parameters for apatite-type calcium phosphates which belong to the hexagonal system, space group P63/m, are within the values: a = 9.41–9.43Å, c = 6.88–6.89 Å correlate with the degree of substitution of calcium cations by nickel cations in the cationic sublattice and phosphate by carbonate in the anionic position for hydroxyapatites. For phases based on β-Са3(РО4)2 (trigonal system, space group R3c) in the composition of biphasic calcium phosphates, the calculated lattice parameters (а = 10.36 Å, c = 37.22 Å) are some smaller than those corresponding to β-Са3(РО4)2, that indicates the doping of both types of phosphates with nickel cations. The position of the vibrational modes of carbonate groups in the frequency range 1365–1460 cm-1 confirms the B type of substitution in the anionic sublattice of apatite-type calcium phosphate. The obtained results can be used in the development of catalysts based on nanoparticles of modified with carbonate-anions apatite-related calcium phosphates, which contain up to 3 wt% nickel cations. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2025-01-31 Article Article Inorganic Chemistry Неорганическая химия Неорганічна хімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/700 10.33609/2708-129X.90.12.2024.37-44 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 90 No. 12 (2024): Ukrainian Chemistry Journal; 37-44 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 90 ##issue.no## 12 (2024): Ukrainian Chemistry Journal; 37-44 Український хімічний журнал; Том 90 № 12 (2024): Ukrainian Chemistry Journal; 37-44 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/700/350 Copyright (c) 2025 Mykola Slobodyanik , Olha Bebkevich, Nataliia Strutynska https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Slobodyanik , Mykola Bebkevich, Olha Strutynska, Nataliia REGULARITIES OF NICKEL- АND CARBONATE- CONTAINING CALCIUM PHOSPHATES FORMATION |
| title | REGULARITIES OF NICKEL- АND CARBONATE- CONTAINING CALCIUM PHOSPHATES FORMATION |
| title_full | REGULARITIES OF NICKEL- АND CARBONATE- CONTAINING CALCIUM PHOSPHATES FORMATION |
| title_fullStr | REGULARITIES OF NICKEL- АND CARBONATE- CONTAINING CALCIUM PHOSPHATES FORMATION |
| title_full_unstemmed | REGULARITIES OF NICKEL- АND CARBONATE- CONTAINING CALCIUM PHOSPHATES FORMATION |
| title_short | REGULARITIES OF NICKEL- АND CARBONATE- CONTAINING CALCIUM PHOSPHATES FORMATION |
| title_sort | regularities of nickel- аnd carbonate- containing calcium phosphates formation |
| topic_facet | nickel hydroxyapatite biphasic calcium phosphate FTIR spectroscopy. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/700 |
| work_keys_str_mv | AT slobodyanikmykola regularitiesofnickelandcarbonatecontainingcalciumphosphatesformation AT bebkevicholha regularitiesofnickelandcarbonatecontainingcalciumphosphatesformation AT strutynskanataliia regularitiesofnickelandcarbonatecontainingcalciumphosphatesformation |