Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2022, 13 (4), 404–413
Photochromic aerogels based on cellulose and chitosan modified with WO3 nanoparticles
Svetlana V. Kameneva – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; kamenevasvetlanav@gmail.com
Matvei A. Popkov – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow; Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; popkovma2001@mail.ru
Ilya V. Tronev – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow; HSE University, Moscow, Russia; ivtronev@edu.hse.ru
Sergey Yu. Kottsov – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow; Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia; sergey12-17@yandex.ru
Madina M. Sozarukova – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; s_madinam@bk.ru
Vladimir K. Ivanov – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia; van@igic.ras.ru
Corresponding author: S. V. Kameneva, kamenevasvetlanav@gmail.com
DOI 10.17586/2220-8054-2022-13-4-404-413
PACS 68.65.k, 81.20.n
ABSTRACT In this work, we report the first synthesis of photochromic aerogels and films based on TEMPO-oxidized cellulose and chitosan modified with tungsten trioxide nanoparticles. The blue coloring of aerogels based on WO3-modified biopolymers under UV light occurs due to the reduction of W+6 to W+5. The coloration of films of the same composition occurs due to the reduction of W+6 to W+5 and W+4. The photochromic properties of aerogels and films are reversible; oxidation by atmospheric oxygen leads to bleaching of materials. At that, films become colorless within a few days while aerogels with a high specific surface area (200 m2/g) become colorless within several minutes. The antioxidant properties of the WO3 sol and the WO3/TEMPO-oxidized cellulose/chitosan composite were studied by luminol-activated chemiluminescence method. The antioxidant capacity of WO3/TEMPO-oxidized cellulose/chitosan gel is 1.5 times higher than that of the commercially available antioxidant mexidol.
KEYWORDS Aerogel, hybrid materials, nanocomposite, biopolymers, cellulose, chitosan, tungsten oxide, photochromic material, antioxidant.
ACKNOWLEDGEMENTS S.V. Kameneva thanks the Council for Grants of the President of the Russian Federation for supporting the study (SP-4398.2021.4).
FOR CITATION Kameneva S.V., Popkov M.A., Tronev I.V., Kottsov S.Yu., Sozarukova M.M., Ivanov V.K. Photochromic aerogels based on cellulose and chitosan modified with WO3 nanoparticles. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2022, 13 (4), 404–413
[In Russian] С.В. Каменева, М.А. Попков, И.В. Тронев, С.Ю. Котцов, М.М. Созарукова, В.К. Иванов
Фотохромные аэрогели на основе целлюлозы и хитозана, модифицированных наночастицами WO3
АННОТАЦИЯ В данной работе впервые синтезированы фотохромные аэрогели и пленки на основе TEMPO-окисленной целлюлозы (TEMPO-oxidized cellulose) и хитозана, модифицированных наночастицами триоксида вольфрама. Окрашивание аэрогелей на основе биополимеров, модифицированных WO3, в синий цвет под действием УФ-излучения происходит за счет восстановления W+6 в W+5. Окрашивание пленок, того же состава происходит за счет восстановления W+6 в W+5 и W+4. Фотохромные свойства аэрогелей и пленок обратимы, окисление кислородом воздуха приводит к обесцвечиванию материалов. При этом, пленки обесцвечиваются в течение нескольких дней, а аэрогели, обладающие высокой удельной поверхностью (200 м2/г), обесцвечиваются в течение нескольких минут. Антиоксидантные свойства золя WO3 и композита WO3/TEMPO-oxidized cellulose/chitosan были исследованы методом люминол-активированной хемилюминесценции. Анитоксидантная емкость геля WO3/TEMPO-oxidized cellulose/chitosan в 1,5 раза выше, чем у коммерчески доступного антиоксиданта мексидола.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА аэрогель, гибридные материалы, нанокомпозиты, биополимеры, целлюлоза, хитозан, оксид вольфрама, фотохромные материалы, антиоксиданты.
