Анализ методов получения наноразмерных частиц серебра

УДК 546.57 К.С. Поджарая

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка, г. Москва

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦ СЕРЕБРА

В данной статье проведен анализ основных методов получения наноразмерных частиц серебра. Для каждого метода приведены характеристики наночастиц и их свойства.

In this article the analysis of the main methods of receiving nanodimensional particles of silver is carried out. For each method characteristics of nanoparticles and their property are provided.

Наночастицы серебра привлекают особое внимание благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам, связанным со значительной величиной отношения площади их поверхности к объему, и другим размерным эффектам.

Широкое применение наночастиц серебра связано, прежде всего, с их особенными свойствами (электрофизическими, оптическими, каталитическими), отличающимися от свойств компактного металла. Это обусловлено увеличением числа атомов металла на поверхности частиц по сравнению с числом атомов в объеме. Применение наночастиц серебра может быть связано с использованием их для модификации топливных элементов, создания электрохимических сенсоров, а так же в составе различных биомедицинских препаратов.

В настоящее время можно выделить несколько способов получения наночастиц серебра.

Рис. 1. Методы получения наночастиц серебра

Аналогично методу Туркевича (получения наночастиц золота), существует способ получения наноразмерного серебра. Однако, так как серебро является более активным металлов, чем золото (Е0Аё+/^ = 0,8 В, E0Au3+/Au =1,5 В), то синтез наночастиц серебра происходит более сложно из-за способности серебра к быстрому окислению и агрегации. Для повышения устойчивости коллоидных растворов серебра наночастицы необходимо стабилизировать.

В цитратном методе получения и восстановителем, и стабилизатором служит цитрат-анион, получаемый при растворении в воде трехзамещенной

натриевой соли лимонной кислоты. При нагревании раствора и окислении цитрат аниона образуется ацетондикарбоновая и итаконовая кислоты.

Эти кислоты адсорбируются на поверхности частиц и контролируют их рост.

СЕЬСООН

аьсоон

СНпСООН

но с-соон

с=о

СН2„=С—€00Н

Итакоиопая кислота

СН:СООН СН:СООН

Лимонная к 11 с л ота А цето н ди кар ño н овая

кислота

Для получения наночастиц серебра большее значение имеет метод восстановления тетрагидридоборатом натрия, что можно объяснить более высокой восстановительной способностью боргидрида и простотой в применении. Наночастицы, полученные данным методом, обладают высокой стабильностью, не осаждаются и не меняют окраску (желтая окраска раствора указывает на сферическую форму наночастиц) в течение нескольких недель.

Предполагается следующая схема протекания реакции: 2AgNO3 + 2NaBH4 + 6H2O = 2Ag + 7H2 + 2NaNO3 + 2H3BO3 С течением времени происходит агрегация наночастиц. Для усиления агрегативной устойчивости может быть использована желатина, введение котрой в значительной степени предотвращает агрегацию и снижает средний размер наночастиц (размер частиц в диапазоне от Здо 17 нм).

В методе Кери Ли роль соттановителя ионов серебра играет сульфат двухвалетного железа, а цитрат натрия стабилизирует образующиеся частицы. Реакция проходит при комнатной температуре. Рост частиц происходит по агрегатному механизму, причем, чем больше скорость перемешивания раствора, тем меньше агрегация наночастиц и тем больше монодисперсность раствора. Золи, полученные методом Кери Ли, превосходят по своим характеристикам обычные цитратные золи серебра. Недостатком метода является использование в классической схеме синтеза высоких концентраций реагентов, что приводит к необходимость проведения ряда последовательных циклов осаждения центрифугированием и редиспергирования частиц металла.

Так же исследован процесс восстановления серебра в водных растворах с помощью «зеленых» реагентов - глюкозы, а также аскорбиновой кислоты, в отсутствие какого-либо дополнительного стабилизатора. К раствору нитрата серебра определенной концентрации (0,0001 М - 0,005 М) добавляли такой же объем восстановителя (0,001 М -0,05 М) и доводили pH до заданного значения с помощью раствора аммиака. Полученные растворы обрабатывали в микроволновой печи в течение 10 минут при мощности 700 Вт. Микроволновое излучение обеспечивает быстрое и равномерное нагревание всего объема реакционного раствора, что

приводит к однородности в условиях нуклеации и роста зародышей и к получению наночастиц наименьшего размера и одинаковой формы.

Другая методика получения гидрозолей серебра, основанная на восстановлении нитрата серебра, состоит в следующем. В реакционную емкость при комнатной температуре вводится буферный раствор (рН=9,8), раствор танина, затем, при непрерывном перемешивании, со скоростью 1,3 мл/мин вводится раствор нитрата серебра. Анализ микрофотографий полученных частиц серебра показал, что размеры частиц лежат в интервале: 70-150 нм для частиц, полученных из эквимолярных растворов, 30-90 нм - в избытке танина.

Методом механохимической обработки смеси нитрата серебра и ПВП при комнатной температуре возможно получение наночастиц серебра, стабилизированных макромолекулами ПВП. Для этого смесь ПВП и нитрата серебра тщательно перемешивают и измельчают в шаровой мельнице. Для удаления избытка ПВП полученный порошок суспендируют в водный раствор с последующим центрифугированием на препаративной центрифуге. После декантации водного слоя осадок высушивается в вакуум-сушильном шкафу до постоянной массы.

Главным вопросом является возможность получения дисперсной системы, состоящей из наночастиц серебра, с требуемой устойчивостью во времени и к действию факторов внешней среды. В связи с этим целью данной работы являлось изучение уже известных методов получения нанодисперсий серебра для выявления наилучших условий проведения синтеза и изучения влияния внешних факторов на характеристики полученных наночастиц.

Библиографические ссылки:

1. А.В. Коршунов, Д.О. Перевезенцева, Т.В. Коновчук, Е.В. Миронец. Влияние дисперсного состава золей серебра и золота на их электрохимическую активность // Известия Томского политехнического университета. - 2010. - Т. 317. - № 3. - С. 6-13.

2. В.Г. Куличихин, С.В. Антонов, В.В. Макарова, А.В. Семаков, P. Singh. Нанокомпозитные гидроколлоидные адгезивы для биомедицинского применения // Российские нанотехнологии. - 2006. - Т. 1. - № 1-2. - С. 170182.

3. Е.М. Егорова, А.А. Ревина, Т.Н. Ростовщиков, О.И. Киселева. Бактерицидные и каталитические свойства стабильных металлических наночастиц в обратных мицеллах // Вестник Московского университета. -Сер. 2. - Химия. - 2001. - Т. 42. - № 5. - С. 332-338.