Синтез и исследование сверхконцентрированных органозолей наночастиц серебра

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Органозоли наночастиц серебра благодаря своим уникальным свойствам находят широкое применение в оптических и полупроводниковых устройствах, для создания электропроводящих и теплопроводящих пленок, в качестве катализаторов, антибактериальных материалов и пр. В данной работе предложен простой и высокопроизводительный метод получения органозолей серебра с концентрацией металла до 1800 г/л, содержащих наночастицы сферической формы с низкой полидисперсностью и медианным размером 9.1 нм, заключающийся в первоначальном получении гидрозолей наночастиц (НЧ) серебра с концентрацией более 30 г/л с последующим переводом НЧ в органическую фазу о-ксилола. С помощью комплекса физических методов исследования изучены закономерности экстракции серебряных наночастиц о-ксилолом в присутствии бромида цетилтриметиламмония (ЦТАБ) и этилового спирта и определены оптимальные условия процесса, в которых степень экстракции достигала 62.5%. Установлено, что анион брома, входящий в состав молекулы ЦТАБ, вызывал агрегацию некоторого количества наночастиц серебра с образованием в водной фазе осадка металлического серебра, содержащего на поверхности, по данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), до 4 ат. % бромид-ионов. Синтезированные в оптимальных условиях органозоли отличались стабильностью в течение более 7 месяцев и выдерживали многократно повторяющиеся циклы высушивания и редиспергирования. На основе органозолей серебра получены металлические пленки с электропроводностью около 68500 См/см, которая возрастала до 412000 и 509500 См/см (87.8% от электропроводности объемного серебра) после их термической обработки при 150 и 250°C соответственно.

Full Text

Restricted Access

About the authors

С. А. Воробьев

Институт химии и химической технологии СО РАН

Author for correspondence.
Email: yekspatz@ya.ru
Russian Federation, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, г. Красноярск, 660036

М. Ю. Флерко

Институт химии и химической технологии СО РАН

Email: yekspatz@ya.ru
Russian Federation, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, г. Красноярск, 660036

С. А. Новикова

Институт химии и химической технологии СО РАН

Email: yekspatz@ya.ru
Russian Federation, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, г. Красноярск, 660036

Е. В. Мазурова

Институт химии и химической технологии СО РАН

Email: yekspatz@ya.ru
Russian Federation, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, г. Красноярск, 660036

Е. В. Томашевич

Институт химии и химической технологии СО РАН

Email: yekspatz@ya.ru
Russian Federation, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, г. Красноярск, 660036

М. Н. Лихацкий

Институт химии и химической технологии СО РАН

Email: yekspatz@ya.ru
Russian Federation, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, г. Красноярск, 660036

С. В. Сайкова

Институт химии и химической технологии СО РАН; Сибирский Федеральный университет

Email: yekspatz@ya.ru
Russian Federation, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, г. Красноярск, 660036; пр. Свободный, 79, г. Красноярск, 660041

А. С. Самойло

Сибирский Федеральный университет

Email: yekspatz@ya.ru
Russian Federation, пр. Свободный, 79, г. Красноярск, 660041

Н. А. Золотовский

Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН

Email: yekspatz@ya.ru
Russian Federation, ул. Академгородок, д. 50, стр. 38, г. Красноярск, 660036

М. Н. Волочаев

Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН; Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: yekspatz@ya.ru
Russian Federation, ул. Академгородок, д. 50, стр. 38, г. Красноярск, 660036; пр. Ленина, 36, г. Томск, 634050

References

  1. Facibeni A. Silver Nanoparticles: Synthesis, Properties and Applications. Jenny Stanford Publishing.: Dubai, 2023. 264 p. https://doi.org/10.1201/9781003278955
  2. Prasher P., Sharma M. Silver Nanoparticles: Synthesis, Functionalization and Applications. Bentham Science Publishers.: Singapore, 2022. 138 p. https://doi.org/10.2174/97898150505301220101
  3. Настулявичус А.А., Кудряшов С.И., Емельяненко А.М., Бойнович Л.Б. Лазерная генерация коллоидных наночастиц в жидкостях: ключевые процессы лазерного диспергирования и основные характеристики наночастиц // Коллоидный журнал. 2023. Т. 85. № 2. С. 200–218. https://doi.org/10.31857/S0023291223600037
  4. Боровикова С.А., Шафигулина А.Д., Ревина А.А., Буряк А.К. Исследование наночастиц серебра, синтезированных в обратных мицеллах, методами эксклюзионной хроматографии и лазерной десорбции/ионизации // Коллоидный журнал. 2022. Т. 84. № 6. С. 695–704. https://doi.org/10.31857/S0023291222600444
  5. Урюпина О.Я., Уродкова Е.К., Тихонов В.Е., Жаворонок Е.С., Сенчихин И.Н. Формирование наночастиц серебра в водных растворах олигохитозанов // Коллоидный журнал. 2021. Т. 83. № 1. С. 114–122. https://doi.org/10.31857/S0023291221010146
  6. Высоцкий В.В., Урюпина О.Я., Уродкова Е.К., Зайцева А.В., Тихонов В.Е. Влияние молекулярной массы восстановителя (хитозана) на синтез дисперсий наночастиц серебра и свойства кольцевых осадков, формирующихся при испарении капель этих дисперсий // Коллоидный журнал. 2020. Т. 82. № 6. С. 668–676. https://doi.org/10.31857/S0023291220060208
  7. Vorobyev S.A., Novikova G.V., Demina A.V., Shidlovskiy I.P., Volochaev M.N. Synthesis and synergistic effect of antibacterial composites based on concentrated hydrosols of silver nanoparticles combined with cephalosporins antibiotics // Inorganic Chemistry Communications. 2022. V. 144. P. 109862. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2022.109862
  8. Yang J., Lee J.Y., Ying J.Y. Phase transfer and its applications in nanotechnology // Chem. Soc. Rev. 2011. V. 40. P. 1672–1696. https://doi.org/10.1039/B916790K
  9. Wei W., Gu B. Preparation and characterization of silver nanoparticles at high concentrations // ACS Symposium Series. 2004. V. 878. P. 1–14. https://doi.org/10.1021/bk-2004-0878.ch001
  10. Sarathy K.V., Raina G., Yadav R.T., Kulkarni G.U., Rao C.N.R. Thiol-derivatized nanocrystalline arrays of gold, silver, and platinum // The Journal of Physical Chemistry B. 1997. V. 101. № 48. P. 9876–9880. https://doi.org/10.1021/jp971544z
  11. Sarkar A., Kapoor S., Mukherjee T. Oleic acid-assisted phase transfer of nanosized silver colloids // Research on Chemical Intermediates. 2010. V. 36. P. 403–410. http://dx.doi.org/10.1007/s11164-010-0150-5
  12. Wang X., Chen Y. A new two-phase system for the preparation of nearly monodisperse silver nanoparticles // Materials Letters. 2008. V. 62. № 28. P. 4366–4368. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2008.07.034
  13. Nath S., Ghosh S.K., Praharaj S., Panigrahi S., Basu S., Pal T. Silver organosol: Synthesis, characterisation and localised surface plasmon resonance study // New Journal of Chemistry. 2005. V. 29. № 12. P. 1527–1534. https://doi.org/10.1039/B508730A
  14. Cho S.T., inventor; Hospira, Inc., assignee. Microneedles for minimally invasive drug delivery. United States patent US 8,591,624 B2. 2013 Nov 26.
  15. Kubo H., Ohshima Y., Nakamura N., Noguchi H., Taniuchi J., Makita Y., inventor; Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K., assignee. Nano-sized silver particle ink, nano-sized silver particle sintered body, and method for producing nano-sized silver particle ink. United States patent US 2017/0215279 A1. 2017 Jul 27.
  16. Lea M.C. Allotropic forms of silver // Amer. J. Sci. 1889. V. 3. № 222. P. 476–491. https://doi.org/10.2475/ajs.s3-37.222.476
  17. Vorobyev S.A., Likhatski M.N., Romanchenko A.S., Fetisova O.Y., Kazachenko A.S., Volochaev M.N., Mikhlin Y.L. Fabrication of extremely concentrated silver hydrosols without additional stabilizers // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2020. V. 8. № 46. P. 17225–17233. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c06006
  18. Vorobyev S.A., Likhatski M.N., Romanchenko A.S., Ivanenko T.Y., Masharova D.A., Volochaev M.N., Mikhlin Y.L. The influence of the reaction conditions on the size of silver nanoparticles in Carey Lea’s concentrated sols // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2020. V. 13. № 3. P. 372–384. https://doi.org/10.17516/1998-2836-0190
  19. Vorobyev S., Vishnyakova E., Likhatski M., Romanchenko A., Nemtsev I., Mikhlin Yu. Reactivity and chemical sintering of Carey Lea silver nanoparticles // Nanomaterials. 2019. V. 9. № 11. P. 1525. https://doi.org/10.3390/nano9111525
  20. Mikhlin Y., Vorobyev S., Saikova S., Vishnyakova E., Romanchenko A., Zharkov S., Larichev Yu. On the nature of citrate-derived surface species on Ag nanoparticles: Insights from X-ray photoelectron spectroscopy // Applied Surface Science. 2018. V. 427. P. 687–694. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.09.026
  21. Krebs F.C. Fabrication and processing of polymer solar cells: A review of printing and coating techniques // Solar Energy Materials & Solar Cells. 2009. V. 93. № 4. P. 394–412. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2008.10.004
  22. Вишнякова Е.А., Сайкова С.В., Николаева Р.Б., Михлин Ю.Л. Синтез анизотропных наночастиц серебра и изучение их сенсорных свойств // Журнал неорганической химии. 2012. Т. 57. № 2. С. 192.
  23. Иржак Т.Ф., Иржак В.И. О механизме процесса “Дижестивного созревания” // Журнал физической химии. 2020. T. 94. № 7. C. 1073–1077. https://doi.org/10.31857/S0044453720070146
  24. Bichara L.C., Lanús H.E., Ferrer E.G., Gramajo M.B., Brandan S.A. Vibrational study and force field of the citric acid dimer based on the SQM methodology // Advances in Physical Chemistry. 2011. V. 2011. P. 347072. https://doi.org/10.1155/2011/347072
  25. Mikhlin Y.L., Vishnyakova E.A., Romanchenko A.S., Saikova S.V., Likhatski M.N., Larichev Y.V., Tuzikov F.V., Zaikovskii V.I., Zharkov S.M. Oxidation of Ag nanoparticles in aqueous media: Effect of particle size and capping // Applied Surface Science. 2014. V. 297. P. 75–83. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.01.081
  26. Fang J., Zhao H., Liu Q., Zhang W., Gu J., Su Y., Abbas W., Su H., You Z., Zhang D. AgBr/diatomite for the efficient visible-light-driven photocatalytic degradation of Rhodamine B. // Journal of Nanoparticle Research. 2018. V. 20. P. 61. https://doi.org/10.1007/s11051-018-4151-4
  27. Park J.W., Shumaker-Parry J.S. Structural study of citrate layers on gold nanoparticles: Role of intermolecular interactions in stabilizing nanoparticles // Journal of American chemical society. 2014. V. 136. № 5. P. 1907–1921. https://doi.org/10.1021/ja4097384
  28. Mazov I., Kuznetsov V.L., Simonova I.A., Stadnichenko A.I., Ishchenko A.V., Romanenko A.I., Tkachev E.N., Anikeeva O.B. Oxidation behavior of multiwall carbon nanotubes with different diameters and morphology // Applied Surface Science. 2012. V. 258. № 17. P. 6272–6280. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.03.021
  29. Okpalugo T.I.T., Papakonstantinou P., Murphy H., McLaughlin J., Brown N.M.D., Okpalugo T.I.T. High resolution XPS characterization of chemical functionalised MWCNTs and SWCNTs // Carbon. 2005. V. 43. № 1. P. 153–161. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2004.08.033
  30. Cheng Z., Tang S.W., Feng J., Wu Y. Biosynthesis and antibacterial activity of silver nanoparticles using Flos Sophorae Immaturus extract // Heliyon. 2022. V. 8. № 8. P. e10010. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e10010
  31. Пятницкий И.В., Сухан В.В. Аналитическая химия серебра. М.: Наука, 1975. 264 с.
  32. Полеева Е.В., Арымбаева А.Т., Булавченко О.А., Плюснин П.Е., Демидова М.Г., Булавченко А.И. Получение серебряных электропроводящих пленок из электрофоретических концентратов, стабилизированных сорбитана моноолеатом и бис(2–этилгексил) сульфосукцинатом натрия в н-декане // Коллоидный журнал. 2020. Т. 82. № 3. С. 346–353. https://doi.org/10.31857/S0023291220030076
  33. Поповецкий П.С., Арымбаева А.Т., Бордзиловский Д.С., Майоров А.П., Максимовский Е.А., Булавченко А.И. Синтез и электрофоретическое концентрирование наночастиц серебра в обратных эмульсиях бис(2–этилгексил) сульфосукцината натрия и получение на их основе проводящих покрытий методом селективного лазерного спекания // Коллоидный журнал. 2019. T. 81. № 4. С. 501–507. https://doi.org/10.1134/S0023291219040116

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Effect of concentrations of CTAB (a) and ethyl alcohol (b) on the degree of silver extraction from the initial concentration of Ag0: 1 – 0.2; 2 – 0.3; 3 – 0.4; 4 – 0.5 M. [a – (CC2H5OH = 2 M, Vxylene : Vzol = 2); b – (CAg = 0.4 M, CTAB = = 15 mM, Vxylene : Vzol = 2)].

Download (153KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Optical absorption spectra: 1 – initial hydrosol, 2 – freshly obtained organosol and 3 – organosol after four successive stages of drying and peptization. Length, mM: a – 7.5; b – 10; c – 12.5.

Download (150KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Micrographs (TEM) and corresponding histograms of the size distribution of nanoparticles in the original hydrosol (a) and after their extraction with o-xylene (b).

Download (445KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. XRF (a) and IR-Fourier spectra (b) of dried samples of initial silver hydrosols (curve 1), silver organosols (curve 2) and sediment not passing into the o-xylene phase (curve 3).

Download (198KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. X-ray spectroscopy (a), Ag 3d (b), C 1s (c) and O 1s (d) of the initial silver nanoparticles (curve 1), organosols (curve 2) and sediment (curve 3) formed in the hydrosol during extraction.

Download (270KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. The results of a thermal study of dried organozoles of low‑frequency silver (a) and the dependence of the intensity of the IR signals of the exhaust gases on temperature (b).

Download (222KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. The appearance of an organozole drop with a metal concentration of 1800 g/l and the dependence of the specific electrical conductivity of the relative bulk silver of the obtained films on the annealing temperature.

Download (139KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. SEM micrographs of the surface (a, c) and cross-section (b, d) of films before (a, b) and after (c, d) annealing at 250 °C.

Download (431KB)
Indexing metadata


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies