Синтез и исследование сверхконцентрированных органозолей наночастиц серебра
- Авторлар: Воробьев С.1, Флерко М.1, Новикова С.1, Мазурова Е.1, Томашевич Е.1, Лихацкий М.1, Сайкова С.1,2, Самойло А.2, Золотовский Н.3, Волочаев М.3,4
-
Мекемелер:
- Институт химии и химической технологии СО РАН
- Сибирский Федеральный университет
- Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН
- Национальный исследовательский Томский государственный университет
- Шығарылым: Том 86, № 2 (2024)
- Беттер: 193-203
- Бөлім: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0023-2912/article/view/259157
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0023291224020047
- EDN: https://elibrary.ru/DHIANB
- ID: 259157
Дәйексөз келтіру
Аннотация
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.
Толық мәтін
Авторлар туралы
С. Воробьев
Институт химии и химической технологии СО РАН
Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: yekspatz@ya.ru
Ресей, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, г. Красноярск, 660036
М. Флерко
Институт химии и химической технологии СО РАН
Email: yekspatz@ya.ru
Ресей, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, г. Красноярск, 660036
С. Новикова
Институт химии и химической технологии СО РАН
Email: yekspatz@ya.ru
Ресей, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, г. Красноярск, 660036
Е. Мазурова
Институт химии и химической технологии СО РАН
Email: yekspatz@ya.ru
Ресей, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, г. Красноярск, 660036
Е. Томашевич
Институт химии и химической технологии СО РАН
Email: yekspatz@ya.ru
Ресей, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, г. Красноярск, 660036
М. Лихацкий
Институт химии и химической технологии СО РАН
Email: yekspatz@ya.ru
Ресей, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, г. Красноярск, 660036
С. Сайкова
Институт химии и химической технологии СО РАН; Сибирский Федеральный университет
Email: yekspatz@ya.ru
Ресей, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, г. Красноярск, 660036; пр. Свободный, 79, г. Красноярск, 660041
А. Самойло
Сибирский Федеральный университет
Email: yekspatz@ya.ru
Ресей, пр. Свободный, 79, г. Красноярск, 660041
Н. Золотовский
Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН
Email: yekspatz@ya.ru
Ресей, ул. Академгородок, д. 50, стр. 38, г. Красноярск, 660036
М. Волочаев
Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН; Национальный исследовательский Томский государственный университет
Email: yekspatz@ya.ru
Ресей, ул. Академгородок, д. 50, стр. 38, г. Красноярск, 660036; пр. Ленина, 36, г. Томск, 634050
Әдебиет тізімі
- Facibeni A. Silver Nanoparticles: Synthesis, Properties and Applications. Jenny Stanford Publishing.: Dubai, 2023. 264 p. https://doi.org/10.1201/9781003278955
- Prasher P., Sharma M. Silver Nanoparticles: Synthesis, Functionalization and Applications. Bentham Science Publishers.: Singapore, 2022. 138 p. https://doi.org/10.2174/97898150505301220101
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Cho S.T., inventor; Hospira, Inc., assignee. Microneedles for minimally invasive drug delivery. United States patent US 8,591,624 B2. 2013 Nov 26.
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Пятницкий И.В., Сухан В.В. Аналитическая химия серебра. М.: Наука, 1975. 264 с.
- 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
- 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