Цель: Получение стабильных золей, содержащих наночастицы оксида меди (I) и серебра методом восстановления в водных растворах и исследование их физико-химических свойств.Объект исследования: наночастицы Cu2О и Ag.Предмет исследования: оптические свойства наночастиц.Метод проведения: химический, спектрофотометрический.
- Главная
- Химия
- Получение наночастиц оксида меди (I) и серебра и изучение их физико-химических свойств
Слайд 1Синтез наночастиц серебра и оксида меди (I) и изучение их свойств
спектрофотометрическим методом
Слайд 2Цель: Получение стабильных золей, содержащих наночастицы оксида меди (I) и серебра
методом восстановления в водных растворах и исследование их физико-химических свойств.
Объект исследования: наночастицы Cu2О и Ag.
Предмет исследования: оптические свойства наночастиц.
Метод проведения: химический, спектрофотометрический.
Получение наночастиц серебра боргидридным методом
Слайд 3Задачи:
Изучить литературу по теме исследования
Синтезировать разными способами коллоидные растворы серебра и
Cu2O.
Изучить оптические свойства золей и проанализировать полосу плазмонного поглощения, оценив по максимуму поглощения размер частиц.
Ознакомиться с работой атомного силового микроскопа.
Слайд 4Исаак Ньютон (1643-1727)
Слайд 5«Отец нанотехнологии»
Книга «Там, внизу, полно места».
Слайд 6Норио Танигути (1912-1999)
Эрик Декслер
Слайд 7Методы получения наночастиц
диспергационные методы, или методы получения наночастиц путем измельчения
обычного макрообразца;
конденсационные методы, или методы “выращивания” наночастиц из отдельных атомов.
Слайд 8Синтез наночастиц Cu2О путем восстановления глюкозой
Разработка новых методов получения наночастиц серебра в неводных средах
C6H12O6 + 2Cu(OH)2 = C6H12O7 +
Cu2O + 2H2O
Слайд 9Синтез наночастиц Cu2О из таблеток аскорбиновой кислоты с глюкозой
C6H8O6 + 2Cu(OH)2
= C6H6O6 + Cu2O + 3H2O
Слайд 10Синтез наночастиц серебра путем восстановления тетрагидроборатом натрия
2AgNO3+2NaBH4+6H2O=2Ag+7H2+2NaNO3+2H3BO3
Слайд 11Получение наночастиц серебра восстановлением глюкозой.
С6Н12О6 + 2AgNO3 + H2O = C6H12O7
Слайд 12Исследование оптических свойств полученных растворов
Слайд 13Исследование оптических свойств полученных растворов наночастиц серебра
Слайд 14Исследование оптических свойств полученных растворов оксида меди (I)
Слайд 15Химические свойства наночастиц серебра
К раствору наночастиц серебра добавляем
разбавленную соляную кислоту. В ходе реакции происходит постепенное растворение наночастиц серебра и выделение водорода.
Слайд 16Атомно-силовая микроскопия
Изображение наночастиц серебра, полученные методом сканирующей электронной микроскопии.
Слайд 17Изображение наночастиц серебра, полученные с помощью микроскопа при 1000 увеличении.
Слайд 18Заключение
В процессе исследования были получены наночастицы Cu2O и Ag конденсационным методом
в ходе окислительно-восстановительных реакций, протекающих в растворах.
Изучили оптические свойства золей и проанализировали полосу плазмонного поглощения — в коллоидных растворах присутствуют наночастицы разных размеров: от 50 до 160 нм.
Наночастицы серебра взаимодействуют с разбавленной соляной кислотой, а наночастицы оксида меди (I) растворяются в йодоводородной кислоте.
Методом атомно-силовой микроскопии получили сканы образцов наночастиц.
Получили фотографии наночастиц серебра при помощи микроскопа «Микромед-3»
Источник: shareslide.ru
1.2 Основные методы получения наночастиц серебра
1.2.1. Получение наночастиц серебра методом химического восстановления в растворах
Наночастицы серебра в водных растворах получают путем восстановления ионов серебра с помощью глюкозы, аскорбиновой кислоты, гидразина, боргидрида натрия и других восстановителей. Реакцию восстановления проводят в различных условиях. Восстановление глюкозой проводят при нагревании до 60 0 С. Для увеличения скорости протекания реакции используют гидроксид натрия. Полученные частицы исследуют различными способами: методом рентгеновской дифракции (XRD), методом трансмиссионной электронной микроскопии (TEM), а также проводились исследования на спектрофотометре. Исследования показали, что в ходе восстановления в водных растворах были получены частицы размером 10 – 20нм, λ = 1.5418 A°
К способам управления размерами наночастиц, применяемым в научной практике, относятся: использование полимерных матриц, позволяющих управлять размерами нанокластеров, полимерной защиты; физические методы управления размерами (обработка ультразвуком, облучение рентгеновским излучением и использование токов высокой чистоты). Изменение размера нанокластеров металлов добиваются также варьированием природы восстановителя [Кузьмина с соавт., 2007].
Так, использование боргидрида натрия при восстановлении позволяет в большинстве случаев получить наночастицы серебра с узким распределением по размерам в пределах 2-8 нм. Восстановление более мягким восстановителем, таким как гидразин, приводит к образованию более крупных наночастиц металлов с размерами 15-30 нм.
При варьировании условий восстановления возможно получение практически монодисперсных наночастиц. Строение и размер продукта в большой степени зависит от условий реакции таких как температура и концентрация нитрата серебра. Например, когда температура понижается до 120 или увеличивается до 190, в полученном продукте доминируют наночастицы с нерегулярной структурой (формой). Начальная концентрация нитрата серебра должна быть не больше 0.1М, в противном случае будет выпадать в виде осадка металлическое серебро. Наночастицы серебра с различными размерами могут быть получены в результате увеличения времени проведения реакции.
Также известны способы получения наночастиц серебра в неводных средах. Наночастицы серебра с фиксированным размером были синтезированы с помощью модифицированного высокомолекулярного процесса, который предполагает восстановление нитрата серебра с этиленгликолем в присутствии стабилизаторов, таких как поливинилпирролидон [Сергеев с соавт., 1999].
1.2. 2.»Зеленый синтез»: получение наночастиц с использованием растений
Растения способны восстанавливать ионы металлов как на своей поверхности, так и в различных органах и тканях, удаленных от места проникновения ионов. В связи с этим растения используются для извлечения ценных металлов. Подобный процесс в настоящее время называется фитодобычей.
Накопленные металлы можно извлекать из убранных растений с использованием агломерационного и плавильного методов. Исследование процесса биоакумуляции металлов в растениях показало, что металлы, как правило, накапливаются в виде наночастиц. Например, растения Brassica juncea (листовая горчица) и Meticago sativa (люцерна посевная) накапливали наночастицы серебра размером 50 нм в количестве до 13.6% от собственного веса при выращивании на нитрате серебра в качестве субстрата [Harris et al., 2008]. Икосаэдры золота размером 4 нм выявлялись в M. Sativa [Gardea – Torresdey etal., 2002], полусферические формы частиц меди размером 2 нм – в Iris pseudocorus (ирис всевдоаировый) [Manceau etal., 2008], выращенных на субстратах, содержащих соли соответствующих металлов [Harris etal., 2008].
В целом механизм синтеза металлических наночастиц в растениях и в растительных экстрактах включает три основные фазы: 1) фазу активации, в процессе которой происходит восстановление ионов металла; 2) фазу роста, в течение которой происходит спонтанное включение мелких соединений наночастиц в наночастицы большего размера (формирование наночастиц за счет гетерогенной нуклеации и роста), что сопровождается увеличением термодинамической стабильности наночастиц, и 3) фазу терминации процесса, определяющую окончательную форму наночастиц [Si S et al., 2007].
Процесс образования наночастиц схематически изображен на рисунке 1.Рис. 1. Схема синтеза металлических наночастиц в растительном экстракте. Ионы металла связываются с восстаналивающими метаболитами и стабилизирующими агентами, восстаналиваясь до атомов металлов. Полученных комплекс атома металла с метаболитом взаимодействует с другими комплексами, формируя метаболлическую наночастицу, затем происходит рост и слияние отдельных мелких наночастиц в более крупные за счет процесса переконденсации до тех пор, пока частицы не обретут нужный размер и форму, стабильные в данных условиях.
При увеличении длительности фазы роста наночастицы агрегируют между собой, образуя нанотрубки, нанопризмы, наношестиугольники, а так же множество других наночастиц нерегулярной формы [Kim et al., 2010].
В настоящее время для синтеза металлических наночастиц используют различные физические и химические процессы, позволяющие получать наночастицы с заданными свойствами. Однако, несмотря на широкое распространение, это, как правило, дорогостоящие, трудоемкие способы, сопряженные с риском и потенциальной опасностью для окружающей среды и живых организмов. Таким образом, существует очевидная потребность в альтернативных экономически эффективных и в то же время экологически чистых методах производства наночастиц [Sharma et al., 2009].
При получении наночастиц необходимо учитывать их неустойчивость и высокую реакционную способность, которые могут привести к агрегации наночастиц, потере необходимых свойств при взаимодействии с окружающей средой, изменить структуру наночастиц. Это может нарушить эволюционный переход к наноматериалу и в конечном итоге определить низкий уровень качества эксплуатационных характеристик [Минько с соавт., 2013].
Источник: studfile.net
Как получить наночастицы серебра
Был проведен сравнительный анализ размеров, оптических свойств и агрегативной устойчивости наночастиц серебра в водных растворах через месяц, полгода и год от момента синтеза. Показано, что наночастицы, синтезированные с использованием комплексного одновременного применения ряда физических факторов: ультрафиолетового излучения, ультразвука и равномерного перемешивания, полученные в условиях изоляции от атмосферного воздуха, имеют меньший размер (до 10 нм) и более однородное по нему распределение. Отмечены в том числе их меньшая агрегация под действием растворов электролитов различных концентраций и увеличение срока хранения по сравнению с частицами, синтезированными без приведенных выше условий. Полученные данные могут быть использованы для оптимизации условий получения наночастиц серебра в водных растворах.
наночастицы
агрегативная устойчивость
коагуляция
1. Баранов В.Я., Фролов В.И. Электрокинетические явления: учебное пособие по курсу «Физическая и коллоидная химия» для студентов, обучающихся по направлению 130500 «Нефтегазовое дело», специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений». – М., 2007. – С. 163.
2. Барышев М.Г., Басов А.А., Джимак С.С. Влияние низкоинтенсивных факторов на живые системы: монография. – Краснодар: Изд-во КубГУ, 2013. – 183 с.
3. Вегера А.В. Влияние условий синтеза на коллоидно-химические свойства наночастиц серебра: дис. . канд. хим. наук. – М., 2006. – С. 37–38.
4. Вегера А.В., Зимон А.Д. Синтез и физико-химические свойства наночастиц серебра, стабилизированных желатином // Известия Томского политехнического университета. – 2006. –Т. 309, № 5. – С. 60–63.
5. Воронина Н.В., Упницкий А.А. Анализ нежелательных побочных реакций на лекарственные средства в ЛОР отделении стационара // Лечебное дело. – 2007. – № 3. – С. 25–28.
6. Голубева О.Ю., Шамова О.В., Орлов Д.С., Пазина Т.Ю., Болдина А.С., Дроздова И.А., Кокряков В.Н. Синтез и исследование антимикробной активности биоконъюгатов наночастиц серебра и эндогенных антибиотиков // Физика и химия стекла. – 2011. – Т. 37, № 1. – С. 107–115.
7. Золотухина Е.В. Кравченко Т.А., Пешков С.В. Способ получения наночастиц серебра. Патент на изобретение no. 2385293 Российская Федерация. C01G 5/00, B82B 3/00.
27.03.2010. Б. 9. 7 с.
8. Качанова О.А., Федосов С.Р., Малышко В.В., Басов А.А., Архипенко М.В., Чернобай К.Н. Антибактериальная активность некоторых коллоидных форм наносеребра в отношении неферментирующих грамотрицательных бактерий // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – №. 2. – С. 320.
9. Михиенкова А.И., Муха Ю.П. Наночастицы серебра: характеристика и стабильность антимикробного действия коллоидных растворов // Environment
Исаев В.А., д.ф.-м.н., профессор кафедры физики и информационных систем, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет», г. Краснодар.
Работа поступила в редакцию 06.03.2015.
Источник: fundamental-research.ru