Studium glycin nitrátových procesů pro přípravu nanomateriálů na bázi oxidů lanthanidů

Ĺubomíra Volná

Doctoral thesis

Study of glycine nitrate processes for the preparation of the nanomaterials based on the lanthanide oxides

Abstract:

Disertační práce pojednává o studiu glycin-nitrátových procesů pro přípravu nanomateriálů na bázi oxidů lanthanidů. Nejprve bylo připraveno několik vzorků Gd2O3, Sm2O3 a Er2O3 syntetizovaných pomocí čtyř aminokyselin (alanin, glycin, prolin a serin), aby bylo možno pozorovat vliv aminokyseliny na povahu a morfologii konečného produktu. Vzorky byly připraveny tepelným rozkladem komplexu vytvořeného in situ z Ln(NO3)3·n H2O a vybrané aminokyseliny. Výsledné produkty byly charakterizovány SEM/EDS, PS/PSD, FTIR a XRPD analýzou. Bylo zjištěno, že typ aminokyseliny výrazně neovlivňuje morfologii výsledného produktu, ale pouze jeho krystalografickou strukturu. Za účelem objasnění reakčního mechanismu glycin-nitrátového spalovacího procesu syntézy Gd2O3, Sm2O3 a Er2O3, byla připravena a charakterizována série meziproduktů této syntézy. SEM/EDS analýza odhalila pomalou transformaci glycin-nitrátového gelu lanthanidu k organizovanější síťové morfologii jasně spojenou s rostoucí teplotou kalcinace. XRPD a FTIR analýzy odhalily, že spalovací glycin-nitrátový proces je tvořen nejméně dvěma chemickými procesy. Prvním je synproporcionační proces mezi (NVO3)-anionty a -N-IIIH2 organickými skupinami a druhým je oxidační dekarboxylace. Dále byla na vybraných vzorcích Gd2O3, Sm2O3 a Er2O3 testována antibakteriální aktivita (proti S. aureus, E. faecalis, E. coli, P. aeruginosa), testy akutní akvatické toxicity pro C. vulgaris a testy lipoperoxidace a karbonylace proteinů. Nejnižší stanovená hodnota MIC byla již 5,6 mg·ml-1 proti E. coli a P. aeruginosa. Parametr EC50 vůči C. vulgaris byl stanoven na hodnotu 2,43 g·l-1 nanokrystalického Sm2O3. Následně, žádný z Ln2O3 nevykazoval schopnost peroxidace lipidů a karbonylace proteinů v bezbuněčném prostředí. Nakonec bylo zjištěno, že nanokrystalické oxidy Gd2O3, Sm2O3 a Er2O3 nejsou fotokatalyticky aktivní.

Abstract:

The dissertation thesis describes the study of glycine-nitrate processes of the preparation of nano-based lanthanide oxides. Firstly, several samples of Gd2O3, Sm2O3, and Er2O3 were synthesized using four amino acids (alanine, glycine, proline, and serine) to observe the effect of the amino acid used on the nature and morphology of the final product. The samples were prepared via thermal decomposition of a complex formed in situ from Ln(NO3)3·n H2O and selected amino acid. The resulting products were characterized by SEM/EDS, PS/PSD, FTIR, and XRPD analysis. It was found that the type of amino acid does not significantly affect the morphology, but only its crystallographic structure. To elucidate the reaction mechanism(s) of the glycine-nitrate combustion process for the synthesis of Gd2O3, Sm2O3, and Er2O3, a series of meso-stages samples of these syntheses were prepared and characterized. SEM/EDS analysis revealed a slow transformation of the lanthanide glycine nitrate gel to a more organized network morphology clearly associated with increasing calcination temperature. XRPD and FTIR analyzes revealed that the glycine-nitrate combustion process consists of at least two chemical processes. The first is a synproportionation process between (NVO3)-anions and -N-IIIH2 organic groups and the second is oxidative decarboxylation. Furthermore, selected samples of Gd2O3, Sm2O3, and Er2O3 were tested for antibacterial activity (against S. aureus, E. faecalis, E. coli, P. aeruginosa), for acute aquatic toxicity (C. vulgaris), and for lipoperoxidation and protein carbonylation. The lowest MICs were determined against E. coli and P. aeruginosa (5.6 mg·ml−1). The EC50 parameter againts C. vulgaris was determined to be 2.43 g·l-1 of nanocrystalline Sm2O3. Consequently, none of the Ln2O3 exhibits the ability of lipid peroxidation and protein carbonylation in a cell-free environment. Finally, it was found that the nanocrystalline oxides Gd2O3, Sm2O3, and Er2O3 are not photocatalytically active.

Keywords

nanokrystalické oxidy lanthanidů, glycin-nitrátový gel, termální dekompozice, peroxidace lipidů, karbonylace proteinů, oxidativní stres

Keywords

lanthanides nanocrystallites of oxides, glycine-nitrate gel, thermal decomposition, lipid peroxidation, protein carbonylation, oxidative stress

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 9. 2024

Thesis defence

• Supervisor: Jana Kukutschová
• Reader: Ivo Kuřitka, Vlastimil Matějka, Roman Maršálek

VSB – Technical University of Ostrava

Univerzitní studijní programy

Doctoral programme / field:
Nanotechnologie / Nanotechnologie