CC BY
94
С 11 € X и в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Nb 7 (112)
УДК 546.57+54.057
Е.О. Насакина, Е.В. Гуляева, М.Ю. Королева Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия ВЛИЯНИЕ ЩЕЛОЧНОЙ СРЕДЫ НА СИНТЕЗ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА
In the present work silver nanoparticles was synthesized by chemical reduction of silver salt (AgN03) water solution by sodium citrate in alkaline enviromnent. UV-VIS spectrometry indicated formation of nanoparticles. It was showed that the size of synthesized nanoparticles and its optic properties were depended on sodium hydroxide concentration in the reaction mixture.
В данной работе были синтезированы наночастицы серебра методом восстановления водного раствора соли серебра (AgN03) цитратом натрия в щелочной среде. Спектрометр в УФ и видимой части спектра показал наличие наночастиц. Показано, что размер синтезируемых наночастиц и их оптические свойства зависят от количества гидроксида натрия, добавляемого в систему.
В связи с развитием нанотехнологии и необходимостью получения материалов с заданными свойствами актуальна проблема синтеза устойчивых дисперсий наночастиц с узким распределением частиц по размерам. Большое внимание уделяется наночастицам металлов, в частности наноча-стицам серебра, которые получают разными методами: фотохимическим синтезом [1], осаждением в жидкой среде путем химического восстановления ионов серебра, например тетраборатом натрия, возможно использование желатины [2], глюкозы [3] в качестве стабилизатора. Предложено много областей применения наночастиц серебра, например, в медицине в качестве антибактериального средства или радиопоглощающего материала, в электронике, сельском хозяйстве и т.д.
В данной работе наночастицы серебра получены методом химического осаждения в водной среде путем восстановления ионов серебра. Прекурсорами служили 1 мМ водный раствор нитрата серебра (AgNCb) и 1 мае. % водный раствор цитрата натрия (C^HsOyNa^) в качестве восстановителя. Синтез наночастиц протекал при температуре -100 °С. Для исследования влияния рН среды в щелочной области при синтезе наночастиц серебра в реакционную среду добавляли водный раствор NaOH через 1 мин после начала синтеза. Концентрация щелочи в исследуемой системе варьировалась от 0,45 до 9 мМ. Размер синтезируемых частиц определяли методом динамического светорассеяния на приборе Zetasizer Nano (Malvern). Спектры поглощения в УФ и видимой областях снимали на спектрофотометре Сагу 50.
Восстановление ионов серебра цитратом натрия идет согласно уравнению:
4Ag+ + C6H507Na3 + 2Н20 = 4Ag° + С6Н507Нз + 3Na+ + Н+ + 02
При этом СбНзОу^з выступает не только как восстановитель, но и как стабилизатор синтезируемых частиц.
Для определения влияния концентрации щелочи на синтез наночастиц серебра была исследована кинетика процесса. На рис. 1 представлена зависимость размера наночастиц серебра от времени синтеза для трех сис-
9
С 1h 6 X Uz в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 7 (112)
тем: а) при отсутствии щелочи, б) при концентрации №ОН 0,45 мМ, в) при концентрации №ОН 9 мМ.
Рис. 1. Кинетика изменения размера наночастиц серебра при синтезе.
Из графика видно, что синтез наночастиц серебра идет быстрее в присутствии 0,45 мМ №ОН, при этом размер синтезируемых частиц составляет 1,5-3 нм.
Рис. 2. Зависимость диаметра наночастиц серебра от концентрации NaOH.
В отсутствии щелочи размер синтезируемых частиц составил 6,1-6,7 нм. При концентрации щелочи 9 мМ размер наночастиц достигал 250-275 нм. Следует отметить, что во всех системах сначала образуются крупные частицы, которые в дальнейшем переходят в более мелкие. Возможно, в начальный момент синтеза образуются кластеры наночастиц металла.Было исследовано влияние концентрации щелочи на размер синтезируемых частиц. На рис. 2 представлена зависимость диаметра наночастиц серебра от концентрации NaOH. С увеличением концентрации щелочи диаметр наноча-
9
С 11 6 X U/ в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 7 (112)
стиц серебра уменьшается до -1,5 нм, а при концентрациях №ОН более 4 мМ идет укрупнение частиц.
Были исследованы оптические свойства полученных коллоидных дисперсий наночастиц серебра. Как видно из рис. 3, на спектрах поглощения имеется четко выражен плазмонный пик, характерный для наночастиц серебра.
о -I-1-1-1-1-1-1
250 300 350 400 450 500 550
Длина волны светофильтра, км
Рис. 3. Спектры поглощения коллоидных дисперсий серебра, синтезированных при различной концентрации NaOH
При увеличении концентрации NaOH от 0,45 до 3,1 мМ максимум на кривых поглощения становится более высоким, его ширина уменьшается, так как происходит уменьшение размера синтезируемых наночастиц серебра. При увеличении концентрации щелочи до 9 мМ положение плазмонного пика сдвигается в сторону больших длин волн - до 414 нм.
Таким образом, при синтезе в слабощелочной среде размер наночастиц серебра уменьшается до —1,5 нм. Дальнейшее увеличение концентрации NaOH приводит к увеличению размера синтезируемых наночастиц.
Библиографические ссылки
1. Masafumi Harada. Photochemical synthesis of silver particles in Tween 20/water/ionic liquid microemulsions./ Masafumi Harada, Yoshifumi Kimura, Kenji Saijo, Tetsuya Ogawa and Seiji Isoda. // Journal of Colloid and Interface Science, 2009. V. 339. P. 373-38.
2. Suwen Liu. Room temperature synthesis of silver nanowires from tabular silver bromide crystals in the presence of gelatin./ Suwen Liu, Rudolf J. Wehmschulte, Guoda Lian, Christopher M. Burba. // Journal of Solid State Chemistry, 2006. V. 179. P. 696-70.
3. Revathi Janardhanan. Synthesis and surface chemistry of nanosilver particles./ Revathi Janardhanan, Murugan Karuppaiah, Neha Hebalkar and Tata NarsingaRao. //Polyhedron, 2009. V. 28. P. 2522-2530.
