Новые наночастицы имеют состоящее из 32 атомов серебра ядро, которое ведет себя как «единый атом» с электронной оболочкой, подобной оболочке атома инертного газа – криптона. Такая структура делает атомы серебра в наночастицах чрезвычайно устойчивыми к химическим воздействиям.
Редакция сайта
Синтез НАНОЧАСТИЦ серебра. Песнь льда и пламени)
В королевстве наночастиц пока царствует золото. Стабильные и простые в обращении, золотые наночастицы применяются для исследования клеток, транспортировки лекарств и детектирования биомаркеров болезней. Серебро, напротив, имеет плохую репутацию, так как относительно легко окисляется, из-за чего свойства серебряных наночастиц слишком быстро ухудшаются.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Но ситуация может вскоре измениться. Две независимые группы химиков сообщили, что ими разработаны методы изготовления стабильных серебряных наночастиц в макроскопических количествах. Наночастицы, изготовленные группой Терри Бигиони из Толедского Университета (США), содержат по 44 атома серебра каждая.
В центре частицы находится компактное стабильное ядро, состоящее из 12-атомного полого икосаэдра, окруженного 20-атомным додекаэдром. Оставшиеся 12 атомов серебра, связанные с молекулами, содержащими серу, образуют вокруг ядра наночастицы защитную «клетку». Диаметр наночастицы — менее 3 нм. Частицы серебра таких размеров имеют оптические и химические свойства, сильно отличающиеся от свойств крупных частиц этого металла.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Рецепт изготовления новых наночастиц включает в себя дешевую соль — нитрат серебра и нескольких других недорогих реагентов, которые перемешивают в водном растворе этилового спирта. Простой и надежный метод дает выход готового продукта более 95% и позволяет изготовить до 140 г серебряных наночастиц в одной партии — в сотни раз больше по сравнению с обычными количествами в производстве наночастиц. По словам Бигиони, процесс настолько прост, что его может легко осуществить любой старшеклассник. Группе ученых, возглавляемая химиком Нанфеном Чжэном из Сямэньского университета (Китай), тоже удалось изготовить 44-атомные серебряные наночастицы. Китайские исследователи использовали другой «рецепт», но в результате получили очень похожий продукт.
«Препараты на основе наночастиц серебра». Алексей Пестряков (ТПУ)
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
При изготовлении наночастиц обычными методами получаются частицы множества разных размеров, а их качество меняется от партии к партии. В процессах Бигиони и Чжэна всегда получаются частицы, содержащие 44 атома металла, ни больше ни меньше. Это позволяет получить конечный продукт предсказуемого качества, что очень важно при получении разрешений на использование его в биомедицинских целях.
Новые наночастицы будут востребованы и в солнечной энергетике. Кластеры атомов серебра способны поглощать примерно в десять раз больше света, чем рутениевые краски в сенсибилизированных красителем солнечных батареях. Как сообщается, Бигони уже ведет коммерческие переговоры с одной из компаний-производителей солнечных батарей. По сообщению Nature
Источник: www.techinsider.ru
Ученые нашли рецепт раствора с небывалой концентрацией наночастиц серебра
Многие современные технологии, например, 3D- и 2D-печать, биомедицина, оптоэлектроника, синтез композитных наноматериалов требуют большого количества наночастиц с регулируемыми размером и формой. Однако продуктивных, экономически эффективных и экологически безопасных методов изготовления таких объектов не так много.
Ученые Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» и Сибирского государственного университета науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева впервые в мире получили сверхконцентрированные растворы, в которых содержится до 1500 грамм наночастиц серебра на литр. Для этого они модифицировали привычный метод синтеза наночастиц.
Самый распространенный способ получения металлических наночастиц — это «мокрый» химический синтез, где в качестве среды используется жидкость, например, вода. Именно его выбрали ученые для создания наночастиц серебра. Этот метод позволяет относительно легко регулировать размер, состав и структуру наночастиц. Проводится реакция тоже довольно просто.
Водный раствор цитрата натрия смешивают с раствором сульфата железа и к полученной смеси добавляют раствор нитрата серебра. В результате взаимодействия реагентов на дно выпадет осадок наночастиц серебра. Далее полученный раствор центрифугируют, чтобы разделить осадок и растворитель, после чего очищают от примесей. Однако даже эти процедуры позволяют получать осадок, в каждом литре которого содержится лишь несколько десятков грамм наночастиц. Поэтому необходимо проводить дополнительные процедуры по концентрированию частиц и, как следствие, утилизировать большие объемы отработанных растворов.
Для синтеза более концентрированных растворов с наночастицами серебра красноярские химики модифицировали метод. Ученые использовали фильтрацию вместо центрифугирования и заменили реагент осаждения — нитрат калия на цитрат натрия. Это позволило снизить укрупнение наночастиц в растворе, облегчить их очистку и в результате получить чрезвычайно концентрированное стабильное серебро.
В ходе исследования химики также обнаружили, что наночастицы серебра аномально стабильны. То есть они были менее склонны к слипанию, укрупнению, растворению и окислению. Ученые отметили, что механизм стабилизации частиц в таких растворах до сих пор не ясен. Исследователи предполагают, что все дело в гидрофильных силах, которые ранее не учитывались. Раскрытие механизма управления свойствами поверхности может существенно изменить представление и технологии производства наночастиц и композитных материалов на их основе.
«Наше внимание привлекла простая методика синтеза наночастиц серебра, предложенная 130 лет назад, где водный раствор нитрата серебра восстанавливается цитратным комплексом железа. Эта система почему-то не получила должного внимания среди ученых и была практически не изучена.
Мы немного изменили подход и нашли условия, благодаря которым можно получить частицы серебра с концентрацией в растворе до 1500 грамм на литр. Проект может быть развит в инновационный стартап для массового, дешевого и более экономичного получения наночастиц. Мы планируем и дальше продолжать работу – раскрыть особенности механизма стабилизации наночастиц. Эти знания помогут разработать методики синтеза сверхконцентрированных гидрозолей наночастиц не только серебра, но и других соединений, например, металлов и их оксидов», — рассказал Сергей Воробьев, кандидат химических наук, научный сотрудник Института химии и химической технологии Красноярского научного центра СО РАН.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект 18-73-00142).
Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской Академии наук»
Источник: scientificrussia.ru
Синтез наночастиц серебра
Актуальность:
Наночастицы серебра — это несколько тысяч атомов, которые объединены в крошечные кристаллы, размером
от 1 до 100 нм.
Синтез наночастиц серебра — получение наночастиц серебра удобным и подходящим в работе способом.
Существуют различные способы получения наночастиц серебра. (Эти методы имеют разный предшественник,
принцип работы, условия производства, состояние продукта и механизм извлечения). Итак, рассмотрим
наиболее распространенные методы синтеза наночастиц серебра: метод химического восстановления, метод
биологического восстановления и метод физического восстановления.
Научная значимость: на основе наночастиц серебра можно создать препараты против резистентных к
антибиотикам микробам[1].
Практическая значимость: наночастицы серебра широко используются в качестве пищевых добавок, в одежде,
в бытовой технике, в лекарственных препаратах и мн.др.
Главной проблемой остается возможность получения наночастиц серебра наиболее приемлемым способом.
Таким образом, целью настоящей работы является синтез наночастиц серебра боригидридным методом.
https://eduherald.ru/ru/article/view?id=19414
3.
Для достижения цели были поставлены следующие
задачи:
1. Получить наночастицы серебра путём химического восстановления
нитрата серебра боргидридным методом;
2. Показать существующие методы определения наночастиц серебра;
3. Выяснить область использования вещества.
4.
Способы получения наночастиц серебра[1]:
1. Метод химического восстановления(боригидридный метод) – (в настоящее время является одним
из наиболее широко используемых методов в лаборатории и промышленности). Принцип состоит в
том, что соль серебра, такая как нитрат серебра, и подходящий восстановитель, такой боригидрид
натрия, реагируют и превращаются в гранулированное элементарное серебро. Преимущество этого
метода состоит в том, что боригидрид натрия обладает более высокой восстановительной
способностью, а полученный продукт имеет небольшой размер частиц, хорошую воспроизводимость
и удобен для промышленного производства.
2. Метод биологического восстановления — относится к получению наночастиц серебра с
использованием биологических ресурсов, таких как бактериальная система и грибковая система.
Принцип метода биологического восстановления состоит в том, что в щелочных условиях клеточная
стенка, клеточная мембрана и тому подобное, гидролитически расщепляются, разрушая «оболочку»
клетки. Метод биологического восстановления имеет широкий спектр источников, защиту
окружающей среды, мягкие условия реакции и большой потенциал для развития.
3. Метод физического восстановления в основном относится к способу восстановления
серебра(наночастиц серебра) до простого вещества, т.е. преобразование серебрянного элемента в
нано-размер различными физическими методами (к примеру, метод микроволнового
восстановления).
5.
[1], [2]
• Медицина (борьба с
раковыми
заболеваниями,
улучшение
лекарственных
препаратов и аппаратов)
Антибактериальн
ая область
(высокая
безопасность и
длительный
антибактериальн
ый эффект
Область
использования
наночастиц серебра
Химия (хорошие
катализаторы
химических
реакций)
https://cyberleninka.ru/article/n/o-primenenii-nanochastits-serebra-v-legkoy-promyshlennosti
• Легкая
промышленность
(изготовление
одежды,
обладающей
бактерицидными
свойствами)
6.
Ход работы [3] :
Шаг 1. Добавим 30 мл 0,002М борогидрида натрия (NaBH4) в колбу Эрленмейера. Убедимся, что раствор сделан
свежим непосредственно перед экспериментом. Добавим магнитную мешалку и поместим колбу в ледяную
баню на тарелке для перемешивания. Перемешаем. Хранение борогидрида натрия (NaBH4) на льду снизит
скорость разложения во время эксперимента.
Шаг 2. Капнем 2 мл 0,001 М нитрата серебра (AgNO3) в перемешивающий раствор NaBH4 со скоростью примерно
1 капля в секунду. Прекратим перемешивание, как только будет добавлен весь AgNO3.
https://education.mrsec.wisc.edu/synthesis-of-silver-nanoparticles-nabh4/
7.
[3]
Шаг 3.Присутствие коллоидной суспензии можно обнаружить по отражению лазерного луча от частиц.
Шаг 4. Перенесем небольшую порцию раствора в пробирку. Добавление нескольких капель 1,5 М раствора
хлорида натрия (NaCl) приводит к тому, что суспензия становится темно-желтой, а затем серой по мере
агрегации наночастиц.
8.
[3]
Шаг 5. Перенесем небольшую порцию раствора в пробирку. Добавим каплю 0,3% поливинилпирролидона
(PVP). ПВП предотвращает агрегацию. В этом случае добавление раствора NaCl не влияет на цвет суспензии.
Шаг 6. Добавим твердый поливиниловый спирт (PVA), чтобы получить 4% раствор. Чтобы растворить ПВА, нам
нужно будет медленно добавить его в горячий коллоидный раствор серебра.
9.
[3]
Шаг 7. Наночастицы серебра окрашивают желтые витражи в средневековых церквях. Для получения
“витражного стекла” перельем смесь в форму, оставив пузырьки воздуха и нерастворенный ПВС в стакане.
Шаг 8. Выпариваем в тостерной печи в течение 30 минут. В качестве альтернативы раствор можно оставить в
вытяжном шкафу на два дня для испарения.
10.
Материалы и оборудования [3] :
Готовые растворы для 8 партий
0,001М AgNO3: Растворили 0,017 г AgNO3 в 100 мл дистиллированной воды. Это решение можно
сохранить для последующего использования.
0,002М NaBH4: Растворили 0,0189 г NaBH4 в 250 мл дистиллированной воды. Это решение
должно быть сделано свежим перед экспериментом.
0,3% раствор ПВП: Растворили 0,1 г ПВП в 33 мл дистиллированной воды.
Твердое вещество PVA Маленькая колба Эрленмейера
Большое блюдо со льдом
Нагревательная плита с мешалкой
1 «мешалка
Капельницы
Лазерная указка
Плесень
Печь в тостере или сушка в течение ночи
11.
Таким образом на основании проведенных исследований, были
получены следующие выводы:
1. Проведен синтез наночастиц серебра путем восстановления водного раствора
нитрата серебра боргидридом натрия.
2. Были показаны существующие методы определения наночастиц серебра. Где, по
моему мнению, боргидридный метод является универсальным для получения
наночастиц серебра в стабильных формах. Это объясняется тем, что
тетрагидридоборат натрия имеет не такую большую стоимость для лаборатории и
обладает более высокой восстановительной способностью по сравнению с другими
применяемыми реагентами.
3. Выяснили наиболее распространенные области применения и использования
наночастиц серебра .
12.
Дополнительная информация:
Реакция, используемая для синтеза наночастиц серебра, представляет собой восстановление нитрата
серебра борогидридом. Раствор становится светло-желтым после добавления несколько мл нитрата
серебра и принимает яркого-желтый цвет после добавления всего объёма нитрата серебра. Образование
серой суспензии в процессе работы указывает на то, что произошла значительная агрегация. Подобная
агрегация может также возникать, если реакция прерывается до того, как будет добавлена вся соль
серебра. Исходная концентрация боргидрида натрия должна быть в два раза выше, чем у нитрата серебра:
большой избыток боргидрида натрия необходим как для уменьшения содержания ионного серебра в
конечном продукте, так и для стабилизации образующихся наночастиц серебра. Стабильность
суспендированных наночастиц приписывают адсорбированному слою боргидридных ионов, который
придает отрицательный заряд поверхности наночастиц серебра. Возникающее в результате
электростатическое отталкивание препятствует агрегации наночастиц в сферы большего размера. .
Химическая реакция восстановления нитрата серебра боргидридом натрия представлена ниже: AgNO3 +
NaBH4→ Ag +1/2 H2 + 1/2B2H6 + NaNO3
Ионы серебра. Для начала стоит разобраться, что такое ионы. Так называют один атом вещества,
который лишен электрона. Будучи в поисках электрона, он постоянно пребывает в активном состоянии.
При нанесении антибактериального средства с ионами серебра на кожу, они сразу оказываются в богатой
различными веществами среде. Проникая внутрь бактерий, ионы серебра блокируют их каналы питания и
приводят к гибели. После этого они перестают быть эффективными.
4. Метод микроволнового восстановления — новый метод, разработанный в последние годы. Благодаря
своей высокой эффективности, этот метод является новой технологией химического эксперимента,
широко используемой во многих химических областях. Микроволновое проникновение очень сильное, и
частицы легко зарождаются под действием микроволн. Основным принципом метода является
использование микроволнового нагрева в присутствии восстановителя, растворителя, поверхностноактивного вещества и соли серебра, которые одновременно синтезируют наночастицы серебра.
13.
Наночастицы серебра играют очень важную роль во многих областях, используются при
создании сенсоров, оптических устройств, в качестве сред для усиленной поверхностью
комбинационной спектроскопии, в плазмонике, опто-и микроэлектронике. Наночастицы
серебра, обладая высокой антибактериальной активностью, все шире применяются в
различных материалах медицинской, пищевой промышленности, в сельском хозяйстве,
быту. Существуют различные способы получения наночастиц серебра, и существует много
методов классификации, таких как классификация в соответствии с состоянием
реализации, условиями реакции, предшественниками реакции и механизмом получения. По
механизму реакции его можно разделить на две основные категории: физические методы и
химические методы. Физический метод в основном использует физические средства, такие
как механическое измельчение, облучение и т.д. Химические методы широко используются
при получении наночастиц серебра, главным образом химическое восстановление,
физическое восстановление и биологическое восстановление.
Методы исследования наночастиц- Для описания устойчивости нанодисперсии серебра во
времени могут быть использованы несколько методов. К примеру, метод визуального
наблюдения за системой может дать предварительные и общие закономерности
относительно исследуемой дисперсии. К надежным инструментальным методам относится
оптический, основанный на измерении спектра поглощения. Анализируя спектры
поглощения, можно предположить о возможности коагуляции и перекристаллизации при
появлении дополнительной полосы поглощения на зависимости оптической плотности от
длины волны или нового максимума в длинноволновой части спектра.
Источник: ppt-online.org