Preparation of copper and nickel based nanoparticles by magnetron sputtering and their use in sulfur–sulfur bond activation reaction

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The present work is devoted to a systematic study of the advantages and limitations of the magnetron sputtering method, which is a convenient and promising way to obtain nanosized particles directly from the bulk metal, when it is used to prepare nanoparticles of the first-row transition metals. In the course of the study, variation of sputtering media based on ionic liquids, eutectic solvents, low and high molecular weight organic compounds was carried out. Particles of copper, nickel, a copper-nickel alloy and a copper-zinc alloy were obtained. Using the example of the activation reaction of the sulfur–sulfur bond in diphenyl disulfide, it has been shown that up to 96% of the sputtered copper can be effectively used in catalysis, whereas in the case of nickel and zinc about three quarters of the metal can be converted to an inactive form, at the same time readily oxidizable components can act as sacrificial stabilizers for moderately active metal particles in sputtering two-component alloys.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. S. Kashin

N.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: a.kashin@ioc.ac.ru
Russian Federation, 119991, Moscow

References

  1. Biffis A., Centomo P., Del Zotto A., Zecca M. // Chem. Rev. 2018. V. 118. № 4. P. 2249–2295. http s://doi.org/10.1021/acs.chemrev.7b00443
  2. Dalton T., Faber T., Glorius F. // ACS Cent. Sci. 2021. V. 7. № 2. P. 245–261. http s://doi.org/10.1021/acscentsci.0c01413
  3. Chan A.Y., Perry I.B., Bissonnette N.B., Buksh B.F., Edwards G.A., Frye L.I., Garry O.L., Lavagnino M.N., Li B.X., Liang Y., Mao E., Millet A., Oakley J.V., Reed N.L., Sakai H.A., Seath C.P., MacMillan D.W.C. // Chem. Rev. 2022. V. 122. № 2. P. 1485–1542. http s://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00383
  4. Devendar P., Qu R.-Y., Kang W.-M., He B., Yang G.-F. // J. Agric. Food Chem. 2018. V. 66. № 34. P. 8914–8934. http s://doi.org/10.1021/acs.jafc.8b03792
  5. Hayler J.D., Leahy D.K., Simmons E.M. // Organometallics. 2019. V. 38. № 1. P. 36–46. http s://doi.org/10.1021/acs.organomet.8b00566
  6. Xia Y., Yang H., Campbell C.T. // Acc. Chem. Res. 2013. V. 46. № 8. P. 1671–1672. http s://doi.org/10.1021/ar400148q
  7. Xie C., Niu Z., Kim D., Li M., Yang P. // Chem. Rev. 2020. V. 120. № 2. P. 1184–1249. http s://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00220
  8. Astruc D. // Chem. Rev. 2020. V. 120. № 2. P. 461–463. http s://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00696
  9. Hong K., Sajjadi M., Suh J.M., Zhang K., Nasrollahzadeh M., Jang H.W., Varma R.S., Shokouhimehr M. // ACS Appl. Nano Mater. 2020. V. 3. № 3. P. 2070–2103. http s://doi.org/10.1021/acsanm.9b02017
  10. Ohtaka A. // Catalysts. 2021. V. 11. № 11. P. 1266. http s://doi.org/10.3390/catal11111266
  11. Cha J.-H., Park S.-M., Hong Y.K., Lee H., Kang J.W., Kim K.-S. // J. Nanosci. Nanotechnol. 2012. V. 12. № 4. P. 3641–3645. http s://doi.org/10.1166/jnn.2012.5590
  12. Cloud J.E., McCann K., Perera K.A.P., Yang Y. // Small. 2013. V. 9. № 15. P. 2532–2536. http s://doi.org/10.1002/smll.201202470
  13. Cloud J.E., Yoder T.S., Harvey N.K., Snow K., Yang Y. // Nanoscale. 2013. V. 5. № 16. P. 7368–7378. http s://doi.org/10.1039/c3nr02404k
  14. Sarcina L., García-Manrique P., Gutiérrez G., Ditaranto N., Cioffi N., Matos M., Blanco-López M.d.C. // Nanomaterials. 2020. V. 10. № 8. P. 1542. http s://doi.org/10.3390/nano10081542
  15. Zhang J., Chaker M., Ma D. // J. Colloid Interface Sci. 2017. V. 489. P. 138–149. http s://doi.org/10.1016/j.jcis.2016.07.050
  16. Jiang Z., Li L., Huang H., He W., Ming W. // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. № 23. P. 14658. http s://doi.org/10.3390/ijms232314658
  17. Balachandran A., Sreenilayam S.P., Madanan K., Thomas S., Brabazon D. // Results Eng. 2022. V. 16. P. 100646. http s://doi.org/10.1016/j.rineng.2022.100646
  18. Nyabadza A., Vazquez M., Brabazon D. // Crystals. 2023. V. 13. № 2. P. 253. http s://doi.org/10.3390/cryst13020253
  19. Wender H., Migowski P., Feil A.F., Teixeira S.R., Dupont J. // Coord. Chem. Rev. 2013. V. 257. № 17–18. P. 2468–2483. http s://doi.org/10.1016/j.ccr.2013.01.013
  20. Cha I.Y., Yoo S.J., Jang J.H. // J. Electrochem. Sci. Technol. 2016. V. 7. № 1. P. 13–26. http s://doi.org/10.5229/JECST.2016.7.1.19
  21. Qadir M.I., Kauling A., Ebeling G., Fartmann M., Grehl T., Dupont J. // Aust. J. Chem. 2019. V. 72. № 2. P. 49–54. http s://doi.org/10.1071/CH18183
  22. Cano I., Weilhard A., Martin C., Pinto J., Lodge R.W., Santos A.R., Rance G.A., Åhlgren E.H., Jónsson E., Yuan J., Li Z.Y., Licence P., Khlobystov A.N., Alves Fernandes J. // Nat. Commun. 2021. V. 12. P. 4965. http s://doi.org/10.1038/s41467-021-25263-6
  23. Nguyen M.T., Deng L., Yonezawa T. // Soft Matter. 2022. V. 18. № 1. P. 19–47. http s://doi.org/10.1039/D1SM01002F
  24. Hirano M., Enokida K., Okazaki K.-i., Kuwabata S., Yoshida H., Torimoto T. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 15. № 19. P. 7286–7294. http s://doi.org/10.1039/c3cp50816a
  25. Zhou Y.-Y., Liu C.-H., Liu J., Cai X.-L., Lu Y., Zhang H., Sun X.-H., Wang S.-D. // Nano-Micro Lett. 2016. V. 8. № 4. P. 371–380. http s://doi.org/10.1007/s40820-016-0096-2
  26. Liu C., Cai X., Wang J., Liu J., Riese A., Chen Z., Sun X., Wang S.-D. // Int. J. Hydrogen Energy. 2016. V. 41. № 31. P. 13476–13484. http s://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.05.194
  27. Sriram P., Kumar M.K., Selvi G.T., Jha N.S., Mohanapriya N., Jha S.K. // Electrochim. Acta. 2019. V. 323. P. 134809. http s://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.134809
  28. Tsuda T., Yoshii K., Torimoto T., Kuwabata S. // J. Power Sources. 2010. V. 195. № 18. P. 5980–5985. http s://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2009.11.027
  29. Cha I.Y., Ahn M., Yoo S.J., Sung Y.-E. // RSC Adv. 2014. V. 4. № 73. P. 38575–38580. http s://doi.org/10.1039/C4RA05213G
  30. Zhu M., Nguyen M.T., Sim W.J., Yonezawa T. // Mater. Adv. 2022. V. 3. № 24. P. 8967–8976. http s://doi.org/10.1039/D2MA00688J
  31. Chung M.W., Cha I.Y., Ha M.G., Na Y., Hwang J., Ham H.C., Kim H.-J., Henkensmeier D., Yoo S.J., Kim J.Y., Lee S.Y., Park H.S., Jang J.H. // Appl. Catal. B: Environ. 2018. V. 237. P. 673–680. http s://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.06.022
  32. Oda Y., Hirano K., Yoshii K., Kuwabata S., Torimoto T., Miura M. // Chem. Lett. 2010. V. 39. № 10. P. 1069–1071. http s://doi.org/10.1246/cl.2010.1069
  33. Luza L., Gual A., Eberhardt D., Teixeira S.R., Chiaro S.S.X., Dupont J. // ChemCatChem. 2013. V. 5. № 8. P. 2471–2478. http s://doi.org/10.1002/cctc.201300123
  34. Chang J.-B., Liu C.-H., Liu J., Zhou Y.-Y., Gao X., Wang S.-D. // Nano-Micro Lett. 2015. V. 7. № 3. P. 307–315. http s://doi.org/10.1007/s40820-015-0044-6
  35. Liu C.-H., Liu J., Zhou Y.-Y., Cai X.-L., Lu Y., Gao X., Wang S.-D. // Carbon. 2015. V. 94. P. 295–300. http s://doi.org/10.1016/j.carbon.2015.07.003
  36. Kashin A.S., Prima D.O., Arkhipova D.M., Ananikov V.P. // Small. 2023. V. 19. № 43. P. 2302999. http s://doi.org/10.1002/smll.202302999
  37. Lee C.-F., Liu Y.-C., Badsara S.S. // Chem. – Asian J. 2014. V. 9. № 3. P. 706–722. http s://doi.org/10.1002/asia.201301500
  38. Lee C.-F., Basha R.S., Badsara S.S. // Top. Curr. Chem. 2018. V. 376. № 3. P. 25. http s://doi.org/10.1007/s41061-018-0203-6
  39. Beletskaya I.P., Ananikov V.P. // Chem. Rev. 2022. V. 122. № 21. P. 16110–16293. http s://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00836
  40. Kashin A.S., Arkhipova D.M., Sahharova L.T., Burykina J.V., Ananikov V.P. // ACS Catal. 2024. V. 14. № 8. P. 5804–5816. http s://doi.org/10.1021/acscatal.3c06258

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Table 1

Download (117KB)
Indexing metadata
3. Fig. 1. (a) Schematic diagram of the magnetron sputtering device. M(0) is a metal in the zero oxidation state. (b) Liquids used as a medium. Liquids that are compatible with the vacuum of the sputtering chamber but interact with the sputtered particles are marked in red; inert stable media suitable for use in the synthesis of nanoparticles are marked in green.

Download (185KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. Energy-dispersive X-ray spectra in the 2–3 keV and 7–10 keV ranges for samples of the metal-containing phase isolated after the reaction between diphenyl disulfide and particles of copper (black curve), nickel (red curve), copper-nickel alloy (blue curve) or copper-zinc alloy (green curve) in a pyridinium ionic liquid medium.

Download (126KB)
Indexing metadata
5. Fig. 3. STEM images of copper and copper-zinc alloy particles in a pyridinium ionic liquid medium (a) and (d) and the corresponding histograms of particle size distribution (b) and (d); STEM images of reaction mixtures obtained after treating copper and copper-zinc alloy particles with diphenyl disulfide in an ionic liquid medium (c) and (e).

Download (297KB)
Indexing metadata

Note

Represented by Academician of the RAS V.P. Ananikov


Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».