Неорганические наноматериалы (стр. 54 )

В виде нанопорошков он применяется в солнцезащитных косметических средствах, в составах для очистки и обеззараживания воздуха, в виде наностержней – как электроды гибридных суперконденсаторов. Диоксид всё шире применяется в строительстве в составе самоочищающихся стёкол, дорожных покрытий и стеновых материалов, в частности изготовленных из специального цемента. Диоксид считается перспективным фотокатализатором для очистки воды, причём он может служить как окислителем, так и восстановителем. Под действием УФ-облучения TiO2 эффективно удаляет из воды органические (хлорированные алканы, производные бензола, диоксины, фураны и др.) и неорганические (соединения Cr, Ag, Pt) соединения. 6-43 Легирование TiO2 азотом, углеродом или серой расширяет диапазон светочувствительности до ~550 нм и значительноувеличивает его фотокаталитическую активность.

Выпускаются ткани, покрытые наночастицами TiO2.

Нанотрубки TiO2 испытаны в качестве катализатора и носителя катализаторов, для фотокаталитического разложения органических веществ, в качестве ионообменника и адсорбента, электрода литий-ионных батарей, в химических сенсорах.

Диоксид церия – уникальное вещество, которое способно менять свой состав в зависимости от размера частиц (разд. 2.1.3). Наночастицы СеО2 получают осаждением из водных растворов с использованием медленно гидролизующихся реагентов (мочевина, гексаметилентетрамин) в присутствии стабилизаторов (лецитин, лимонная кислота и ее соли, альбумин куриного яйца, декстран), в обратных микроэмульсиях, гидротермальным методом. Диоксид церия входит в состав абразивов и полирующих смесей, разнообразных катализаторов, защитных и антикоррозионных покрытий, противоотражающих покрытий солнечных батарей, солнцезащитных кремов, электрохромных устройств, сенсоров и биосенсоров.

При комнатной температуре свойства ферромагнетиков проявляют наночастицы MgO, Al2O3, CeO2, TiO2.

Мировое производство наночастиц CeO2 приближается к 10 тыс. т. Наночастицы MnO2, V2O5 (наностержни, нанотрубки, наноленты) и МоО2 (наностержни) – материалы для перспективных суперконденсаторов.

Большой интерес к наночастицам ZnO (нанотрубки, наностержни, «лес» из наностержней, наноиглы, нанополоски, наноспирали, нанокольца, нанощетки и др.) связан с уникальными свойствами материала: большой шириной запрещенной зоны (3.40 эВ при комнатной температуре), что позволяет применять его в оптоэлектронных приборах как источник голубого света, а также большой энергией экситонов (60 мэВ), что делает возможным создание лазеров на процессе экситонной рекомбинации. Кроме того, ZnO имеет свойства пьезоэлектрика и пироэлектрика, является биологически безопасным, биосовместимым и биоразрушаемым в природе материалом. Области применения этого материала включают также сенсорику, спинтронику, медицину и биологию. Он служит биомаркером для диагностики болезней, наносенсором для внутриклеточного введения (Willander*), антибактериальным и фунгицидным реагентом. Испытано противоопухолевое действие ZnO. Оксид не токсичен для человека, что позволяет использовать его как компонент красок для текстиля (спецодежда, невидимая в ИК-свете), дезодоранта и косметики для защиты от УФ-излучения. На основе ZnO cоздано более 1200 солнцезащитных кремов. Наконец, он обладает каталитическими свойствами и используется, например, в производстве метанола. Семейство созданных из ZnO наноматериалов, возможно, превосходит по разнообразию материалы из других оксидов. В промышленных масштабах выпускается ZnO, покрытый полимерами или функциализованный активными группами. Считается, что ZnO среди наноматериалов занимает одно из ведущих мест наряду с углеродными нанотрубками и кремниевыми нанопроволоками.

Наноразмерный SiO2 применяют для изготовления теплоизоляционных материалов, термостойких красок, лаков и клеев, для производства материалов оптоэлектроники.

Многие оксиды (AgxO, CuO, In2O3, SnO2, ZnO, V2O5, MoO3, WO3, и др.) в виде наночастиц и пленок используются в химических сенсорах. Так, гидролизом SnCl4 в контролируемых условиях получены толстые и тонкие плёнки наноструктурированного SnO2 для химических сенсоров.

Наибольшие достигнутые значения удельной поверхности оксидов по данным Handbook of Porous Solids (см. в списке литературы) приведены в табл. 21.

Табл. 21.

Таблица 21. Достигнутые величины SБЭТ оксидов.

Оксид	Путь синтеза	SБЭТ, м2/г при t ≤ 200 оС	SБЭТ, м2/г при t ≥ 400 оС	Метод получения
CuO ZnO CdO Sc2O3 Y2O3 La2O3 Ga2O3 In2O3 TiO2 ZrO2 HfO2 SnO2 PbOx GeOx V2O5 Nb2O5 Та2O5 SbxOy Bi2O3 Cr2O3 МоО3 МоО2 WOx MnxOy Fe2O3 Со3О4 NiO	Ж–Т Ж–Т К–К Ж–Т Ж–Т Т–Т Г–Т Ж–Т Т–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Т–Т Г–Т Ж–Т Т–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Т–Т Г–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Т–Т Г–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Г–Т Ж–Т Ж–Т Т–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Г–Т Т–Т Ж–Т Ж–Т Т–Т Т–Т Ж–Т Т–Т Г–Т Ж–Т Т–Т Ж–Т Г–Т Ж–Т Ж–Т Ж–Т Т–Т Ж–Т Ж–Т Т–Т Г–Т Ж–Т Т–Т Ж–Т Т–Т	114 89 25 130 - - - - - - 545 - - - - - 233 714 - - 840 850 - - - - 565 - - - - 260 - 250 315 35 100 251 450 - - 713 - 220 - - 3 785 - - - 280 174 - 287 - 155 - 272 400 - 339 300 - - - 202 - 211 -	- 46 - 50 262 75 77 22 24 133 17 110 58 77 69 131 - - 120 30 300 - 387 610 80 260 - 560 582 120 200 - 204 210 180 - - - - 24 242 600 510 100 141 78 - - 486 350 298 - - 82 - 192 125 45 - 100 170 43 200 262 40 92 30 50 - 50	сонохимич. осаждение осаждение из раствора окисление Cu гидролиз Zn(OR)2 осаждение из раствора термич. разложение плазменный пиролиз осаждение из раствора термич. разложение осаждение из раствора cупрамолек. сборка осаждение из раствора термич. разложение окисление паров Y осаждение из раствора термич. разложение матричный синтез с ПАВ матричный синтез с ПАВ гидролиз соли осаждение из раствора гидролиз Ti(OR)4 матричный синтез с ПАВ матричный синтез в пористом углероде матричный синтез с ПАВ окисление Ti гидролиз TiCl4 в пламени гидролиз Zr(OR)4 матричный синтез с ПАВ матричный синтез в сополимере термич. разложение гидролиз паров ZrCl4 гидролиз Hf(OR)4 матричный синтез с ПАВ гидролиз и гелирование раствора SnCl4 матричный синтез с ПАВ осаждение из раствора десублимация паров PbO гидролиз, полимеризация Ge-органич. производн. гидролиз алкоксида термич. разложение гидролиз этоксида матричный синтез с ПАВ матричный синтез с ПАВ осаждение из раствора окислительный гидролиз окисление паров Sb механич. измельчение золь-гель золь-гель термич. разложение восстановл. дихромата гидролиз этоксида термич. разложение окислит. пирогидролиз MoCl5 в пламени восстановит. гидролиз ацетилацетоната при 350оС термич. разложение матричный синтез с ПАВ гидролиз WCl6 в пламени восстановление KMnO4 гидролиз Mn-органич. производного матричный синтез с ПАВ термич. разложение осаждение из раствора матричный синтез с ПАВ термич. разложение окислит. плазм. пиролиз осаждение из раствора термич. разложение осаждение из раствора термич. разложение

Нанокристаллический (средний размер частиц около 20 нм) гидроксиапатит был впервые получен в 1995 г. методом осаждения из водного раствора нитрата кальция и последующей распылительной сушкой. В последующие годы для синтеза были использованы такие методы, как золь-гель, механохимическое превращение СаО, мокрое сжигание и другие. Созданы нанобиокомпозиты для костного имплантирования.

В технике находят применение SbSnO и BaTiO3 с нанометровым размером частиц.

В России разработан и запатентован непрерывный метод получения наноразмерных оксидов, смесей оксидов и катализаторов с использованием процесса «мокрого сжигания» (разд. 5.3.1).

Некоторые оксиды используют в виде функциональных нанокомпозитов. К таким материалам относятся оксиды, нанесённые на поверхность углеродных нанотрубок (табл. 22).

Табл. 22.

Таблица 22. Применение углеродных нанотрубок, декорированных оксидами металлов (Zhang*).

Область применения	Оксид	Функция УНТ	Функция оксида
суперконденсаторы	RuO2 MnO2 Fe2O3 NiO Co2O3 V2O5·xH2O	проводник, формирующий двойной электрический слой	псевдоёмкость
литий-ионные батареи	SnO2 TiO2 MnO2	проводник, интеркалирующий Li+	проводник, интеркалирующий Li+
электрохимические сенсоры	MnO2 CuO Cu2O RuOx ZrO2 TiO2 MoOx WO3 RuO2	проводник и подложка	электрокатализа - тор
фотокатализаторы	TiO2 ZnO	подложка и сток электронов	фотокатализатор
солнечные батареи	TiO2	проводник и сток электронов	разделение зарядов
газовые сенсоры	SnO2 ZnO	проводник и сорбент	катализатор

Некоторые сложные оксиды с нанометровым размером частиц используют в качестве пигментов для керамики. Таковы голубой CoAl2O4, желтый (Ti, Cr, Sb)O2, черный CoFe2O4. Наночастицы быстрее растворяются в керамической матрице, но термически менее устойчивы микрочастиц.