Механизм формирования кластеров и наночастиц серебра при восстановлении его ионов в водных растворах в присутствии полиэлектролитов
Диссертация
В настоящей работе преимущественно изучаются процессы формирования кластеров и наночастиц серебра при восстановлении его ионов в водном растворе в присутствии полифосфата натрия, играющего роль стабилизатора, природа промежуточных кластеров, влияние различных факторов на агрегацию, размеры и устойчивость наноразмерных металлических частиц. При восстановлении ионов серебра водородом… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Литературный обзор
- 1. 1. Общие сведения о наноразмерных частицах металлов
- 1. 2. Методы получения наноразмерных частиц металлов
- 1. 2. 1. Радиационно-химическое восстановление ионов металлов в водных растворах
- 1. 2. 2. Восстановление ионов металлов молекулярным водородом
- 1. 3. Стабилизация кластеров и наночастиц металлов в водных растворах
- 1. 3. 1. Применение полиэлектролитов в качестве стабилизаторов наночастиц и кластеров металлов
- 1. 3. 2. Полифосфаты и их применение в качестве стабилизатора
- 1. 4. Механизм образования кластеров и наночастиц серебра в водных растворах
- 1. 5. Оптические свойства кластеров и наночастиц металлов
- 1. 5. 1. Оптические спектры кластеров и наночастиц серебра
- 2. 1. Химические реактивы
- 2. 2. Методика приготовления растворов
- 2. 2. 1. Приготовление растворов серебра
- 2. 2. 2. Приготовление растворов платины
- 2. 2. 3. Приготовление растворов для получения биметаллических ЧаСТИЦ СОСТава PtcoreAgshell
- 2. 2. 4. Приготовление растворов для каталитического восстановления метилвиологена
- 2. 3. Методики проведения эксперимента
- 2. 3. 1. Радиационно-химическое восстановление ионов металлов
- 2. 3. 2. Восстановление водородом
- 2. 3. 3. Каталитическое восстановление метилвиологена
- 2. 4. Методы проведения анализов и обработки данных
- 2. 4. 1. иУ-У18 Спекроскопия
- 2. 4. 2. Методика просвечивающей электронной микроскопии
- 2. 4. 3. Методика атомно-силовой микроскопии
- 2. 4. 4. Методика динамического рассеяния света
- 3. 1. Формирование наночастиц серебра под действием у — излучения
- 3. 2. Влияние концентрации полифосфата на процессы образования кластеров
- 3. 3. Влияние концентрации полифосфата на устойчивость кластеров и наночастиц
- 3. 4. Влияние спирта на образование кластеров
- 3. 5. Влияние концентрации полифосфата на размер коллоидных частиц серебра
- 3. 6. Механизм нуклеации серебра
- 4. 1. Формирование наночастиц серебра в водных растворах при восстановлении молекулярным водородом
- 4. 2. Влияние концентрации полифосфата на процесс восстановления
- 4. 3. Влияние концентрации полифосфата на размер формирующихся наночастиц
- 4. 4. Механизм формирования наночастиц
- 5. 1. Формирование биметаллических частиц Р^оге Agshell
- 5. 2. Влияние концентрации ионов серебра на процесс образования наночастиц PtcoreAgshell
- 5. 3. Восстановление метилвиологена молекулярным водородом, катализируемое наночастицами PtcoreAgshei
- 5. 4. О механизме реакций, катализируемых наночастицами
- PtcoreAgshell. ЮЗ
Список литературы
- Henglein A., Gutierrez М., Janata Е., Ershov B.G.: Absorption spectrum and chemical reactions of colloidal cadmium in aqueous solution // J.Phys.Chem., 1992, v. 96, №ll, pp. 4598−4602.
- Delcourt M.O., Belloni J.: Capture de precurseurs de l’hydrazine par les ions Cu+ au cours de la radiolyse de Г ammoniac liquide // Radiochem. Radioanal. Lett., 1973, v. 13, p. 329.
- Henglein A.: Mechanism of reactions of colloidal microelectrodes and size quantization effects // Current Chem., 1988, v. 143, pp. 113−181.
- Belloni J. // Current Opinion in Coll. & Int. Sci., 1996, v. 1, pp. 184−196.
- Belloni J., Delcourt M.O., Marignier J.L., Amblard J. // In: Radiation chemistry. Hedvig P., Nyikos L., Schiller R. (eds.), p. 89. Budapest: Akademiai Kiado, 1987.
- Marignier J.L., Belloni J. И J. Chim. Phys., 1988, v. 85, p. 21.
- Губин С.П., Юрков Г. Ю., Катаева H.A.: Наночастицы благородных металлов и материалы на их основе II Азбука-2000, М., 2006, стр. 6.
- Sugimoto Т.: Fine particles: synthesis, characterizations and mechanisms of growth II Marcel Dekker: New York, 2000, 824 p.
- Fendler J.H.: Ed. Nanoparticles and nanostructured films II Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 1998, 468 p.10. de Jongh L.I.: Physics and chemistry of metal cluster compounds II Kluwer Academic-Plenum Publishers: Dordrecht, The Netherlands, 1994, 320 p.
- Liz-Marzan L.M., Kamat P.V.: Nanoscale materials II Kluwer Academic-Plenum Publishers: Boston, MA, 2003, 520 p.
- Henglein A.: Small-particle research: physicochemical properties of extremely small colloidal metal and semiconductor particles // Chem. Rev., 1989, v. 89, pp. 1861−1873.
- Сергеев Г. Б.: Нанохимия И Изд-во МГУ, М., 2003, с. 15.
- Сергеев Г. Б.: Нанохимия II Изд-во МГУ, М., 2003, с. 14.
- Kreibig U.: Systems of small metal particles: Optical properties and their structure dependences 11 Z. Phys. D.: Atoms, Molecules and clusters, 1986, v. 3, pp. 239−249.
- Klabunde K.J. // Free Atoms, Clusters and Nanosized Particles. San Diego etc.: Academic Press, 1994, p. 311.
- Takeo N. // Disperse Systems. Wiley-VCH, 1999, p. 315.
- Сергеев Г. Б., Боченков B.E. // Физикохимия ультрадисперсных (нано) систем: Сб. науч. Тр. VI Всерос. Конф. М., 2003. с. 24−29.
- Ершов Б.Г.: Наночастицы металлов в водных растворах: электронные, оптические и каталитические свойства // Рос. Хим. Ж., 2001, т. XLV, № 3, с. 20−30.
- Помогайло А.Д., Розенберг A.C., Уфлянд И. Е. // Наночастицы металлов в полимерах М.: Химия, 2000, с. 672.
- Henglein A., Giersig М.: Reduction of Pt (II) by H2: Effects of Citrate and NaOH and Reaction Mechanism И J. Phys. Chem. B, 2000, v. 104, pp. 67 676 772.
- Fonseca G.S., Silveira E.T., Gelesky M.A., Dupont J.: Competitive Hydrogenation of Alkyl-Substituted Arenes by Transition-Metal Nanoparticles: Correlation with the Alkyl-Steric Effect // Adv. Synth. Catal., 2005, v. 347, pp. 847−853.
- Сергеев Г. Б. // Физикохимия ультрадисперсных систем: Сб. науч. Тр. V Всерос. конф. Ч. I и И. Екатеринбург, 2001, с. 12−23.
- Sergeev В.М., Sergeev G. B, Prusov A.N.: Cryochemical synthesis of bimetallic nanoparticles in the silver-lead-methyl acrylate system // Mendeleev Commun., 1998, v. 8, pp. 1−2.
- Daniel M.C., Astruc D.: Gold Nanoparticles: Assembly, Supramolecular Chemistry, Quantum-Size-Related Properties, and Applications toward Biology, Catalysis, and Nanotechnology // Chem. Rev., 2004, v. 104, pp. 293 346.
- Ershov B.G., Sukhov N.L., Janata E.: Formation, Absorption Spectrum, and Chemical Reactions of Nanosized Colloidal Cobalt in Aqueous Solution // J. Phys. Chem. В., 2000. v. 104, pp. 6138−6142.
- Ершов Б.Г. IIИзв. РАН. Сер. хим., 2000, т. 49, № 10, с. 1733−1739.
- Wang S., Xin H.: Fractal and Dendritic Growth of Metallic Ag Aggregated from Different Kinds of y-Irradiated Solutions // J. Phys. Chem. B, 2000, v. 104, pp. 5681−5685.
- Pileni M.P.: Nanosized Particles Made in Colloidal Assemblies // Langmuir, 1997, v. 13, pp. 3266−3276.
- А. К. Пикаев, С. А. Кабакчи, И. E. Макаров, Б. Г. Ершов: Импульсный радиолиз и его применение // Атомная энергия, Москва, 1980, 280 с.
- G. V. Buxton and R. H. Sellers: The radiation chemistry of metal ions in aqueous solution // Coord. Chem., 1977, v. 22, pp. 195−274.
- B. G. Ershov: Metal Ions in Unusual and Unstable States of Oxidation and the Steps of Electrochemical Reactions // Russ. Chem. Rev., 1981, v. 50, pp. 1119−1133.
- B. G. Ershov: Metal ions in unusual and unstable oxidation states in aqueous solutions: preparation and properties // Russ. Chem. Rev., 1997, v. 66, pp. 93 105.
- E. Janata, A. Henglein, and B. G. Ershov: First Clusters of Ag+ Ion Reduction in Aqueous Solution II J. Phys. Chem., 1994, v. 98, pp. 10 888−10 890.
- B. G. Ershov, E. Janata, and A. Henglein: Growth of silver particles in aqueous solution: long-lived «magic» clusters and ionic strength effects // J. Phys. Chem., 1993, v. 97, pp. 339−343.
- Темкин О. H.: Химия молекулярного водорода // Соросовский образовательный журнал, 2000, т. 6, с. 31−36.
- Kohlschutter V. // Z. Electrochem., 1908, v. 14, p. 49.
- Rampino L. D., Nord F. F.: Preparation of Palladium and Platinum Synthetic High Polymer Catalysts and the Relationship between Particle Size and Rate of Нуdrogenation // J. Am. Chem. Soc., 1941, v. 63, pp. 2745−2749.
- Быховский В. К., Темкин О. Н. // Кинетика и катализ, 1960, т. 1, № 3, с. 374−378.
- Kubas G.J.: Molecular hydrogen complexes: coordination of a.sigma. bond to transition metals II Accounts Chem. Res., 1988, v. 21, pp. 120−128.
- Henglein A., Ershov B. G., and Malow M.: Absorption Spectrum and Some Chemical Reactions of Colloidal Platinum in Aqueous Solution // J. Phys. Chem., 1995, v. 99, pp. 14 129−14 136.
- Henglein A.: Colloidal Palladium Nanoparticles: Reduction of Pd (II) by H2- PdcoreAusheiiAgsheii Particles II J. Phys. Chem. B, 2000, v. 104, pp. 6683−6685.
- E.A. Никологорская, B.A. Касаикин, Н. В. Перцов, А. Т. Савичев, B.A. Ефремов II Коллоидн. журн., 1989, т. 51, с. 1136.
- А.Д. Помогайло: Полимер-иммобилизованные наноразмерные и кластерные частицы металлов // Успехи химии, 1997, т. 66, с. 750−791.
- Хохлов А. Р., Кучанов С. И. // Лекции по физической химии полимеров. -М.: Изд-во Мир, 2000, с. 82.
- Van Wazer, J. R.- Callis С. F.: Metal Complexing By Phosphates // Chem. Rev., 1958, v. 58, pp. 1011−1046.
- Лурье Ю. Ю. // Справочник no аналитической химии. M., 1979, 480 с.
- Mulvaney P., Henglein A.: Long-lived nonmetallic silver clusters in aqueous solution: a pulse radiolysis study of their formation // J. Phys. Chem., 1990, v. 94, pp. 4182−4188.
- J. H. Baxendale, Т. M. Fielden, and J. P. Keene // Pulse Radiolysis, Academic Press, London, 1965, p. 207.
- J. Pukies, W. Roebke, and A. Henglein // Ber. Bunsenge. Phys. Chem., 1968, v. 72, p. 862.
- R. Tausch-Treml and A. Henglein, and J. Lilie // Ber. Bunsenge. Phys. Chem., 1978, v. 82, p. 1335.
- M. Mostafavi, J. L. Marigner, J. Amblard, and J. Belloni: Nucleation dynamics of silver aggregates simulation of photographic development processes // Radiat. Phys. Chem., 1989, v. 34, pp. 605−617.
- Ершов Б.Г., Троицкий Д. А., Сухов H.JI. И Химия высоких энергий, 1991, т. 25, с. 213.
- В. G. Ershov, N. L. Sukhov, and D. A. Troitskii: Some aspects of the formation of the dispersed phase in aqueous solutions // Radiat. Phys. Chem., 1992, v. 39, pp. 127−131.
- B. G. Ershov, E. Janata, and A. Henglein, and A. Fojtic: Silver atoms and clusters in aqueous solution: absorption spectra and the particle growth in the absence of stabilizing Ag+ ions II J. Phys. Chem., 1993, v. 97, pp. 4589−4594.
- Ершов Б. Г., Троицкий Д. А., Сухов Н.Л.: Исследование методом импльсного радиолиза механизма нуклеации серебра в водных растворах // Химия высоких энергий, 1991, т. 25, с. 213−217.
- Ершов Б.Г., Ионова Г. В., Киселева А.Д.: Кластеры серебра: расчеты оптических переходов, образование и свойства «магических» положительно заряженных кластеров И Ж. физ. химии, 1995, т. 69, № 2, с. 260−270.
- Ершов Б.Г., Троицкий Д.А.: Оптический спектр и взаимодействие с водородом водного раствора коллоидного палладия // Ж. физ. химии, 1995, т. 69, № 12, с. 2179−2184.
- Kreibig U., Vollmer М. // Optical Properties of Metal Clusters. Berlin: Springer, 1995, 532 p.
- Bohren C.F., Huffman D.R. // Absorption and Scattering of Light by Small Particles. New York: Willey, 1983, 530 p.
- Kerker M. // The Scattering of Light and Other Electromagnetic Radiation. New York: Academic Press, 1969, p. 38.
- Sosebee Т., Giersig M., Holzwarth A., Mulvaney P.: The Nucleation of Colloidal Copper in the Presence of Polyethyleneimine // Ber. Bunsenges. Phys. Chem., 1995, v. 99, № 1, pp. 40−49.
- Henglein A., Giersig M.: Radiolytic Formation of Colloidal Tin and Tin-Gold Particles in Aqueous Solution // J. Phys. Chem., 1994, v. 98, pp. 6931−6935.
- Katsikas L., Gutierrez M., Henglein A. : Bimetallic Colloids: Silver and Mercury И J. Phys. Chem., 1996, v. 100, pp. 11 203−11 206.
- Henglein A., Giersig M.: Optical and Chemical Observations on Gold-Mercury Nanoparticles in Aqueous Solution // J. Phys. Chem В., 2000, v. 104, pp. 5056−5060.
- Ershov B.G., Henglein A.: Optical spectrum and some chemical properties of colloidal thallium in aqueous solution// J. Phys. Chem., 1993, v. 97, pp. 34 343 436.
- Henglein F., Henglein A., Mulvaney P. II Ber. Bunsenges. Phys. Chem., 1994, v. 98, № 2, pp. 180−189.
- Gutierrez M., Henglein A.: Nanometer-Sized Bi Particles in Aqueous Solution: Absorption Spectrum and Some Chemical Properties // J. Phys. Chem., 1996, v. 100, pp. 7656−7661.
- Ершов Б.Г. II Изв. РАН, Сер. хим., 1999, № 1, с. 1−15.
- J. Butler and A. Henglein: Elementary reactions of the reduction of Tl+ in aqueous solution // Radiat. Phys. Chem., 1980, v. 15, pp. 603−612.
- Kelm M., Lilie J., Henglein A.: Pulse radiolytic investigation of the reduction of cadmium (II) ions II J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1, 1975, v. 71, pp. 11 321 142.
- A. Henglein, Е. Janata, and A. Fojtic: Reduction of lead (2+) in aqueous solution: early steps and colloid formation, and the atom.fwdarw. metal transition II J. Phys. Chem., 1992, v. 96, pp. 4734−4736.
- Wardman P.: Reduction Potentials of One-Electron Couples Involving Free Radicals in Aqueous Solution // J. Phys. Chem. Reference Data, 1989, v. 18, p. 1637.
- Ершов Б.Г., Сухов H.JI., Киселева А. Д., Ионова Г. В. // Изв. РАН, Сер. хим., 1996, № 3, с. 586.
- Ершов Б.Г., Троицкий Д. А., Сухов H.JI. II Химия высоких энергий, 1992, т. 26, с. 114.
- Троицкий Д.А., Сухов Н. Л., Ершов Б. Г., Гордее А. В. // Химия высоких энергий, 1994, т. 28, с. 218.
- Linnert Т., Moulvany P., Henglein A., Weller Н.: Long-lived nonmetallic silver clusters in aqueous solution: preparation and photolysis // J. Am. Chem. Soc., 1990, v. 112, pp. 4657−4664.
- Gutierrez M., Henglein A.: Formation of colloidal silver by «push-pull» reduction of silver (l+)// J. Phys. Chem., 1993, v. 97, pp. 11 368−11 370.
- Henglein A.: Non-metallic silver clusters in aqueous solution: stabilization and chemical reactions // Chem. Phys. Lett., 1989, V. 154, P. 473.
- Б.Г. Ершов, Г. В. Ионова, A.A. Киселева: Кластеры серебра: расчеты оптических переходов, образование и свойства «магических» положительно заряженных кластеров // Журн. физ. хим., 1995, т. 69, с. 260−270.
- Yu A., Liang Z., Cho J., Caruso F.: Nanostructured Electrochemical Sensor Based on Dense Gold Nanoparticle Films // Nano Lett., 2003, v. 3, pp. 12 031 207.
- Reetz M.T., Maase M.: Redox-Controlled Size-Selective Fabrication of Nanostructured Transition Metal Colloids II Adv. Mater, 1999, v. 11, pp. 773 777.
- Steinbruck A., Csaki A., Festag G., Fritzche W.: Preparation and Optical Characterization of Core-Shell Bimetal Nanoparticles // Plasmonics, 2006, v. l, pp. 79−85.
- Wang X., Yue W., He M., Liu M., Zhang J., Liu Z.: Bimetallic Catalysts for the Efficient Growth of SWNTs on Surfaces // Chem. Mater, 2004, v. 16, pp. 799−805.
- Deivaraj T.C., Chen W., Lee J.Y.: Preparation of PtNi nanoparticles for the electrocatalytic oxidation of methanol // J. Mater Chem., 2003, v. 13, pp. 2555−2560.
- Wang X., Zhang Z., Hartland G.V.: Electronic Dephasing in Bimetallic Gold-Silver Nanoparticles Examined by Single Particle Spectroscopy // J. Phys. Chem. B, 2005, v. 109, pp. 20 324−20 330.
- Zhang H., Zelmon D.E., Deng L., Liu H.-K., Teo B.K.: Optical Limiting Behavior of Nanosized Polyicosahedral Gold-Silver Clusters Based on Third
- Order Nonlinear Optical Effects // J. Am. Chem. Soc., 2001, v. 123, pp. 11 300−11 301.
- Baer R., Neuhauser D., Weiss S.: Enhanced Absorption Induced by a Metallic Nanoshell И Nano Lett., 2004, v. 4, pp. 85−88.
- Liz-Marzan L.M., Philipse A.P.: Stable hydrosols of metallic and bimetallic nanoparticles immobilized on imogolite fibers II J. Phys. Chem., 1995, v. 99, pp.15 120−15 128.
- Б.Г. Ершов, E. В. Абхалимов: Нуклеация серебра при восстановлении водородом в водных растворах, содержащих полифосфат: образование кластеров и наночастиц // Коллоидный лсурнал, 2007, т. 69, № 5, с. 620 625.
- Ershov B.G.: The nature of colloidal platinumin aqueous solution: features of catalytic reactions // Russ. Chem. Bull. Int. Ed., 2001, v. 50, № 12, pp. 626 630.
- Michaelis M., Henglein A., Mulvaney P.: Composite Pd-Ag Particles in Aqueous Solution I/ J. Phys. Chem., 1994, v. 98, pp. 6212−6215.
- Henglein A.: Preparation and Optical Aborption Spectra of AucorePtSheii and PtcoreAusheii Colloidal Nanoparticles in Aqueous Solution // J. Phys. Chem. B, 2000, v. 104, pp. 2201−2203.
- Torigoe K., Najajima Y., Esumi K.: Preparation and characterization of colloidal silver-platinum alloys И J. Phys. Chem., 1993, v. 97, pp. 8304−8309.
- Heglein A., Ershov B.G., Malow M.: Absorption Spectrum and Some Chemical Reactions of Colloidal Platinum in Aqueous Solution // J. Phys. Chem., 1995, v. 99, pp. 14 129−14 136.
- Hodak J.H., Henglein A., Hartland G.V.: Coherent Excitation of Acoustic Breathing Modes in Bimetallic Core-Shell Nanoparticles // J. Phys. Chem. B, 2000, v. 104, pp. 5053−5055.
- Amouyl E., Koffi P.: Photochemical production of hydrogen from water 11 J. Photochemistry, 1985, v. 29, pp. 227−242.
- Ершов Б.Г.: Природа коллоидов платины в водных растворах: особенности каталитических реакций II Изв. РАН, Сер. хим., 2001, № 4, с. 600−605.
- Ершов Б.Г., Ананьев А. В., Сухов H.JL: Влияние концентрации стабилизатора наноколлоидов платины на скорость каталитических реакций в водном растворе // Коллоидный журнал, 2006, Т. 68, № 2, с. 172−179.
- Агеев В.Н., Бекман И. Н., Бурмистрова О. П. и др. // Взаимодействие водорода с металлами.Наука, 1987. 296 с.