Влияние композиций ПАВ на синтез наночастиц CdS

X U в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 8

УДК 54.057

Е В. Гуляева, М.Ю. Королева, Е В. Юртов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия ВЛИЯНИЕ КОМПОЗИЦИЙ ПАВ НА СИНТЕЗ НАНОЧАСТИЦ CdS

In this paper we report on the synthesis of CdS nanoparticles stabilized by surfactant mixtures. The influence of nonionic Tween 80 and Tween 80 in mixtures with cationic hexameth-ylentetramin or cetyl trimethylammonium bromide, and anionic sodium bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinate on the particle size and morphology was studied. Tween 80 stabilized nanoparticles were spherical, their diameter was about 10 nm. The usage of surfactant compositions led to the formation of pyramidal particles, dendrites, and other structures.

Были синтезированы наночастицы CdS, стабилизированные неионогенным поверхностно-активным веществом Tween 80. Также при синтезе использовали композиции поверхностно-активных веществ с Tween 80: гексаметилентетраамина или цетилтриметилам-моний бромида и бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия. При стабилизации Tween 80 наночастицы имели сферическую форму, их диаметр составлял около 10 нм. Использование композиций поверхностно-активных веществ приводило к образованию пирамидальных частиц, дендритов и других структур.

Основными факторами, определяющими развитие современной науки, являются разработка новых или усовершенствование уже существующих методов получения материалов. Особый практический интерес представляют полупроводниковые наночастицы [1]. При синтезе наночастиц важную роль играет стабилизатор, препятствующий росту частиц. Селективная адсорбция молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ) позволяет контролировать кинетику роста различных кристаллических граней наночастиц. При использовании композиций ПАВ скорость роста граней различна [2]. Поэтому на примере синтеза наночастиц CdS в водной среде были рассмотрены варианты влияния таких композиций на их размер и морфологию.

10000 п

SE S

а

а>

Е

«

« Рч

1 -I-1-1-1-1

0 12 3 4

Рис. 1. Зависимость размера НЧ CdS от концентрации Tween 80

9

О Л 0 X и В химии и химической технологии. Том XXV. 2011. № 8

Синтез наночастиц сульфида кадмия проводили в водной среде при температуре 25 °С. Начальная концентрация Сс1(Ж)з)2 и №28 составляла 1 мМ. В качестве основного ПАВ использовали Т\уееп 80, дополнительные ПАВ - гексаметилентетраамин (ГМТА), цетилтриметиламмоний бромид (СТАВ) и бис(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия (АОТ). Концентрация Т\уееп 80 была равна 2 мМ. При введении дополнительных ПАВ общее количество эмульгаторов составляло 2 мМ, мольное соотношение дополнительное ПАВ : Т\уееп 80 = 3:1.

- - щ

н у Ч

#

Ш;

5Е1 5.01А/ Х230.000 ЮОпгг»

4

5Е1 5ДкУ XI 7.000

Рис. 2. РЭМ-изображения частиц С

Tween 80 представляет собой неионогенное ПАВ, ГМТА и СТАВ -катионогенные, АОТ - анионогенное.

Была исследована зависимость размера получаемых частиц от концентрации Т\уееп 80 (рис. 1). При концентрациях Т\уееп 80 менее 1 мМ в системе присутствуют частицы микронного размера. Это свидетельствует о недостаточном количестве ПАВ для ограничения роста и стабилизации образующихся частиц. Концентрация Т\уееп 80, при которой в системе происходит образование наночастиц СсШ, составляет 2 мМ. Такие дисперсии наночастиц устойчивы к седиментации более месяца. При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ размер частиц практически не изменяется и оста-

I II в химии и химической технологии. Том XXV. 2011. Na 8

ется ~ 10 нм. Микрофотография наночастиц, синтезированных при концентрации Tween 80 2 мМ, представлена на рис. 2, а.

Частицы CdS, синтезированные в композиции Tween 80 и ГМТА, показаны на рис. 2, б. В данном случае при синтезе образуются наночастицы CdS пирамидальной формы с размером ребра -300 нм.

Частицы CdS, образовавшиеся при добавлении в реакционную среду Tween 80 и СТАВ, изображены на рис. 2, в. При синтезе в этих условиях образуются частицы размером ~ 100 нм по форме, близкой к сферической. Такие частицы объединяются в небольшие кластеры, состоящие из 2-5 частиц.

При синтезе частиц CdS в присутствии Tween 80 и АОТ образуются разветвленные структуры, напоминающие дендриты (рис. 2, г). Их размер составляет около 450 нм.

Стоит отметить, что во всех системах присутствуют мелкие сферические НЧ размером 15-30 нм, их количество не превышает 30 об.%.

Полученные результаты показывают, что при добавлении в реакционную среду катионогенных ПАВ размер синтезируемых наночастиц резко возрастает. В присутствии неионогенного и анионогенного ПАВ образуются мелкие наночастицы, но они объединяются в разветвленные структуры.

Таким образом, на морфологию синтезируемых наночастиц влияет не только концентрация ПАВ, но и его тип, заряд полярной части молекулы. По-видимому, такой эффект связан с различной адсорбцией ПАВ на гранях растущих кристаллов, что приводит к образованию частиц различной формы.

Библиографические ссылки

1. Trindade, Т. Nanocrystalline Semiconductors: Synthesis, Properties, and Per-spectives/T. Trindade, P. O'Brien, N. L. Pickett.//Chem. Mater., 2001.Vol. 13. No. 11. P. 3847.

2. Talapin, D.V. Prospects of Colloidal Nanocrystals for Electronic and Optoelectronic Applications/D.V. Talapin, Jong-Soo Lee, M.V. Kovalenko, E.V. Shevchenko.//Chem. Rev., 2010. Vol. 110. P. 389.

УДК 544.018.4:661.741:544.022.56

A.B. Захарова, И.А. Сизова, А.Г. Матвеева, Е.В. Юртов.

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ВЛИЯНИЕ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА НА СВОЙСТВА ТРЁХКОМИОНЕНТНОЙ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ЛАУРАТ КАЛИЯ - 1-ДЕКАНОЛ - ВОДА»

The effect of silver nanoparticles on the lyotropic liquid crystals viscosity in the "potassium laurate - 1-decanol - water" system was investigated. The presence of silver nanoparticles in liquid crystal systems leads to an increase in viscosity in comparison with systems of similar com-