Образование наночастиц меди в водных растворах при восстановлении меди (II) гидразином, борогидридом натрия и аскорбиновой кислотой

• Автор: Воробьев, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1 Литературный обзор

1.1 Применение наночастиц меди

1.2 Методы получения наночастиц меди

1.3 Химическое восстановление водных растворов меди (II)

1.3.1 Восстановление растворами гидразина

1.3.2 Восстановление растворами борогидрида натрия

1.3.3 Восстановление растворами аскорбиновой кислоты

1.3.4 Синтез концентрированных гидрозолей металлической меди

1.4 Влияние реакционных условий на восстановление ионов меди (II)

1.4.1 Влияние природы и концентрации ПАВ
1.4.2 Влияние природы и концентрации комплексообразователей
1.4.3 Влияние pH и температуры 3
1.5 Методы исследования медьсодержащих гидрозолей
1.5.1 Исследование методом оптической спектроскопии
1.5.2 Микроскопическое исследование
1.5.3 Исследование методом РСА
1.5.4 Исследование методами рентгеновской спектроскопии
1.6 Заключение к литературному обзору
2 Материалы и методики эксперимента
2.1 Материалы и реактивы
2.2 Методика получения гидрозолей меди
2.3 Исследование методом оптической спектрометрии
2.4 Исследование методами АСМ, РЭМ и ПЭМ
2.5 Исследование методами РФЭС, ХАББ, МУРР и РФА
3 Определение условий синтеза наночастиц меди

3.1 Восстановление растворами гидразина
3.1.1 Влияние температуры и способа нагрева
3.1.2 Влияние природы и концентрации комплексанта
3.1.3 Влияние природы и концентрации подщелачивающего агента
3.1.4 Влияние концентраций Си(Н) и гидразина
3.1.5 Влияние концентрации и природы ПАВ
3.2 Восстановление растворами борогидрида натрия 5
3.2.1 Восстановление в отсутствии стабилизаторов
3.2.2 Влияние природы и концентрации стабилизатора
3.2.3 Влияние концентраций ионов меди (II) и восстановителя
3.2.4 Влияние температуры синтеза
3.2.5 Влияние pH исходных растворов
3.2.6 Влияние природы и концентрации ПАВ
3.2.7 Влияние метода и времени дегазации растворов
3.2.8 Исследование динамики формирования наночастиц меди в присутствии иодат-ионов
3.3 Восстановление растворами аскорбиновой кислоты
3.3.1 Определение условий формирования седиментационно
устойчивых золей
3.4 Исследование полученных золей
3.4.1 Исследование методами ПЭМ, АСМ и оптической спектроскопии
3.4.2 Исследование методом РФЭС
3.4.3 Исследование методом ХАЫЕ8 (Си Ь-край)
3.4.4 Исследование методом ХАВВ (Си К-край)
3.5 Заключение по разделу
4 Синтез концентрированных гидрозолей меди
4.1 Восстановление растворами гидразина
4.1.1 Влияние природы стабилизатора

4.1.2 Влияние чистоты желатина
4.1.3 Влияние продолжительности и метода гидролиза желатина
4.1.4 Влияние концентрации желатина
4.1.5 Влияние концентраций восстановителя и меди (II)
4.1.6 Влияние pH
4.1.7 Влияние температуры синтеза
4.2 Восстановление растворами аскорбиновой кислоты
4.2.1 Влияние природы стабилизатора
4.2.2 Влияние концентрации желатина и pH
4.2.3 Влияние концентраций меди (II) и аскорбиновой кислоты
4.3 Восстановление растворами глюкозы
4.4 Исследование концентрированных золей меди
4.4.1 Исследование золей in situ методами оптической спектроскопии, XAFShMYPP
4.4.2 Исследование концентрированных золей меди ex situ
4.4.2.1 Исследование методом ПЭМ
4.2.2.2 Исследование методом РФЭС
4.2.2.3 Исследование методами ACM, РФЭС и XANES
процессов протекающих при удалении желатина
Выводы
Список литературы

связано с образованием на поверхности наночастиц защитной пленки Си1.
В статье [97] проводилось восстановление 0,2 М водного раствора ацетата меди 0,4 М гидразином при комнатной температуре в присутствии ЦТАБ (26 ммоль/л), ПВП (К-30; 0,8-2 ммоль/л) и аммиака (до рН=10). В ходе процесса были синтезированы металлические частицы среднего размера 5 - 20 нм с выходом продукта около 70 %. Отмечается, что система наиболее стабильна лишь при совместном использовании ЦТАБ и ПВП, хотя данные об устойчивости золей во времени отсутствуют.
Таким образом, анализ работ, посвященных синтезу НЧ меди, позволяет выделить следующие реакционные параметры, контролирующие процесс синтеза и определяющий состав полученных продуктов: pH, природа и концентрация исходной соли меди, восстановителя и стабилизирующей добавки, температура синтеза, способ нагревания, наличие инертных газов и т.д.
1.4 Влияние реакционных условий на восстановление ионов меди (II)
1.4.1 Влияние природы и концентрации ПАВ
Практически во всех работах синтез НЧ металлов проводят в присутствии
поверхностно активных веществ, что позволяет повысить устойчивость
наночастиц к агрегации и окислению, а также контролировать их размер и
форму. Однако, механизм влияния ПАВ на процесс синтеза НЧ металлов до сих
пор остается предметом дискуссий. А некоторые авторы [98] вовсе предлагают
отказаться от ПАВ, как от негативно влияющего и загрязняющего фактора.
Видимо поэтому практически во всех работах концентрация и природа ПАВ
выбираются произвольно, а исследования ограничиваются единичными
опытами. Считается, что молекулы ПАВ адсорбируются на активных центрах
НЧ, заметно снижая скорость их окисления. Так, фаза оксида меди, не была
обнаружена в НЧ, стабилизированных двойным слоем ЦТАБ [65]. А в случае