СИНТЕЗ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ФОСФАТО-ВАНАДАТІВ АПАТИТОВОГО ТИПУ
DOI: https://doi.org/10.17721/1728-2209.2025.1(60).5
Ключові слова:
фосфато-ванадати, наночастинки, гідроксиапатит, ширина забороненої зони, ІЧ-спектроскопіяАнотація
Вступ. Модифіковані кальцій фосфати апатитового типу в більшій мірі привертають інтерес для застосування у ортопедії як замінники кісткової тканини. Крім цього часткове заміщення фосфату на ванадат в аніонній підгратці відкриває широкі можливості у розробках каталізаторів для органічного синтезу, а також матеріалів зі спеціальними оптичними властивостями.
Метою роботи є синтез фосфато-ванадатів апатитового типу та дослідження впливу часткового заміщення фосфату на ванадат-аніон та сорбції катіонів цинку з водного розчину на ширину забороненої зони матеріалів.
Методи. Зразки синтезовані з водних розчинів системи NH4+-Сa2+-PO43--NO3--VO43- за мольних співвідношень Сa2+:PO43-:-VO43- = 10: (6-х) : х, нагріті до 500°С та використані для сорбції катіонів Zn2+ з водного розчину з подальшим нагріванням до 500°С протягом 2 годин. Методи порошкової рентгенівської дифракції, ІЧ- та електронної спектроскопії були використані для їх характеризації.
Результати. За даними рентгенівської дифракції на порошках синтезовані зразки є монофазними та належать до гексагональної сингонії, просторової групи P63/m (апатитовий структурний тип), а розраховані параметри елементарних комірок збільшуються по мірі підвищення вмісту ванадату у їх складі. Дані ІЧ-спектроскопії підтверджують присутність двох типів аніонів (РО4 та VO4) у складі синтезованих фаз. Спектри дифузного відбивання проаналізовано з використанням функції Кубелка-Мунка та встановлено зменшення значення ширини забороненої зони по мірі підвищення ступеня заміщення фосфат-аніону на ванадат до 50%, а також при сорбції катіонів Zn2+ на поверхню синтезованих наночасточок ванадат-вмісних гідроксиапатитів і їх нагрівання до 500°С.
Висновки. Одержані результати в подальшому можуть бути використані у розробках матеріалів зі спеціальними оптичними властивостями або каталізаторів для органічних перетворень на основі фосфато-ванадатів апатитового структурного типу.
Посилання
Abdi, F.F.; Berglund, S.P. (2017) Recent Developments in Complex Metal Oxide Photoelectrodes. J. Phys. D: Appl. Phys. 50, 193002, https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa6738.
Boechat, C. B..Terra, J., Eon, J.-G., Ellis, D.E., Rossi, A. M. (2003). Reduction by hydrogen of vanadium in vanadate apatite solid solutions Phys. Chem. Chem. Phys., 5, 4290-4298.https://doi.org/10.1039/B306176K
Dasireddy, V.D.B.C.; Singh, S.; Friedrich, H.B. (2012) Oxidative Dehydrogenation of N-Octane Using Vanadium Pentoxide-Supported Hydroxyapatite Catalysts. Applied Catalysis A: General 421–422, 58–69. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.01.034.
Dasireddy, V.D.B.C.; Singh, S.; Friedrich, H.B. (2013) Activation of N-Octane Using Vanadium Oxide Supported on Alkaline Earth Hydroxyapatites. Applied Catalysis A: General 456, 105–117, https://doi.org/10.1016/j.apcata.2013.02.006.
Dasireddy, V.D.B.C.; Singh, S.; Friedrich, H.B. (2014) Vanadium Oxide Supported on Non-Stoichiometric Strontium Hydroxyapatite Catalysts for the Oxidative Dehydrogenation of n-Octane. J. Molec. Cat. A: Chemical, 395,398–408, https://doi.org/10.1016/j.molcata.2014.08.044.
Gonçalves, J.M.; da Silva, I., Angnes, M., Araki, L. K. (2020) Vanadium-Containing Electro and Photocatalysts for the Oxygen Evolution Reaction: A Review. J. Mater. Chem. A, 8, 2171–2206, https://doi.org/10.1039/C9TA10857B
Hara T., Satoko, K., Mori, K., Mizugaki, T., Ebitani, K., Jitsukawa, K., Kaneda K. (2006) Highly Efficient C−C Bond-Forming Reactions in Aqueous Media Catalyzed by Monomeric Vanadate Species in an Apatite Framework. J. Org. Chem. 71, 19, 7455–7462. https://doi.org/10.1021/jo0614745
Hayashi, K., Zhang, C., Nazir, A., Alashkar, T., Ishikawa, K. (2024) Carbonate Apatite Honeycomb Scaffold-Based Drug Delivery System for Repairing Osteoporotic Bone Defects. ACS Appl. Mater. Interfaces, 16, 35, 45956–45968. https://doi.org/10.1021/acsami.4c08047
Kalanur, S.S., Lee, Y.J., Seo, H. (2021) Exploring the Synthesis, Band Edge Insights, and Photoelectrochemical Water Splitting Properties of Lead Vanadates. ACS Appl. Mater. Interfaces, 13, 25906–25917. https://doi.org/10.1021/acsami.1c03109.
Maeda, Y., Washitake, Y., Nishimura, T., Iwai, K., Yamauchi, T., Uemura, S. (2004) Calcium PhosphateVanadate Apatite (CPVAP)-Catalyzed Aerobic Oxidation of Propargylic Alcohols with Molecular Oxygen. Tetrahedron 60, 9031–9036. https://doi.org/10.1016/j.tet.2004.08.004.
Midorikawa, K., Hiromoto, S., Yamamoto, T. (2024) Carbonate content control in carbonate apatite coatings of biodegradable magnesium Ceramics International, 50, 4, 6784-6792. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.12.021
Munir, M. U., Salman, S., Javed, I., Nasir, S., Bukhari, A., Ahmad, N., Shad, N. A., Aziz. F. (2021) Nano-hydroxyapatite as a delivery system: overview and advancements, Artificial Cells, Nanomedicine, and Biotechnology, 49,1, 717-727, https://doi.org/10.1080/21691401.2021.2016785
Nakajima, T., Isobe, M., Tsuchiya, T., Ueda, Y.; Manabe, T. (2010) Correlation between Luminescence Quantum Efficiency and Structural Properties of Vanadate Phosphors with Chained, Dimerized, and Isolated VO4 Tetrahedra. J. Phys. Chem. C 114, 5160–5167. https://doi.org/10.1021/jp910884c
Ogo, S.; Onda, A.; Yanagisawa, K. Hydrothermal Synthesis of Vanadate-Substituted Hydroxyapatites, and Catalytic Properties for Conversion of 2-Propanol. Applied Catalysis A: General 2008, 348, 129–134, https://doi.org/10.1016/j.apcata.2008.06.035.
Onda, A., Ogo, S., Kajiyoshi, K., Yanagisawa, K. (2008) Hydrothermal Synthesis of Vanadate/Phosphate Hydroxyapatite Solid Solutions. Mater. Lett. 62, 1406-1409. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2007.08.087
Singh, R.K., Kim, T.-H., Patel, K. D., Kim, J.-J., Kim, H.-W. (2014) Development of biocompatible apatite nanorod-based drug-delivery system with in situ fluorescence imaging capacity. J. Mater. Chem. B, 2, 2039-2050. https://doi.org/10.1039/c3tb21156h
Srivastav, A., Chandanshive, B., Dandekar, P., Khushalani, D., Jain, R. (2019) Biomimetic Hydroxyapatite a Potential Universal Nanocarrier for Cellular Internalization & Drug Delivery. Pharm. Res. 36, 60. https://doi.org/10.1007/s11095-019-2594-7
Sugiyama, S.,Osaka, T., Hirata, Y., Sotowa, K. (2006) Enhancement of the Activity for Oxidative Dehydrogenation of Propane on Calcium Hydroxyapatite Substituted with Vanadate. Applied Catalysis A: General, 312, 52–58, https://doi.org/10.1016/j.apcata.2006.06.018.
Venkatesan, J., Kim, S.K. (2014) Nano-Hydroxyapatite Composite Biomaterials for Bone Tissue Engineering—A Review. J. Biomed. Nanotechnol. 10, 3124–3140. https://doi.org/10.1166/jbn.2014.1893
Zakaria, S.M., Sharif Zein, S.H., Othman, M.R., Yang, F., Jansen, J.A. (2013) Nanophase Hydroxyapatite as a Biomaterial in Advanced Hard Tissue Engineering: A Review. Tissue Eng. Part B Rev. 19, 431–441. https://doi.org/10.1089/ten.TEB.2012.0624
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Наталія СТРУТИНСЬКА, Дар’я ПОЛУПАН, Ольга ВАСИЛЬЄВА, Микола СЛОБОДЯНИК
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
