Устойчивые дисперсии металлических наночастиц. Получение наноразмерных частиц серебра в изопропаноле с использованием в качестве стабилизатора разветвлённого полиэфира Лапрол-5003. Фотостимулированная агрегация, коагуляция золя под действием электролитов.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

(ФГБОУ ВПО "КубГУ")

Кафедра органической химии и технологий

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

ФОРМИРОВАНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦ СЕРЕБРА В СПИРТОВОМ РАСТВОРЕ РАЗВЕТВЛЁННОГО ПОЛИЭФИРА

Работу выполнила С.В. Жильцова

Факультет химии и высоких технологий

Специальность 020101 - Химия

Нормоконтролёр, преподаватель А.В. Беспалов

Краснодар 2012

Содержание

• Введение
• 1. Литературный обзор
• 1.1 Металлические наночастицы
• 1.1.1 Классификация и общие сведения
• 1.2 Свойства металлических наночастиц
• 1.2.1 Оптические свойства наночастиц серебра
• 1.2.2 Антибактериальные свойства наночастиц серебра
• 1.3 Методы синтеза наночастиц в водных и неводных растворах
• 1.3.1 Восстановление боргидридами щелочных металлов
• 1.3.2 Радиационно-химическое восстановление
• 1.3.3 Фотохимическое восстановление
• 1.3.4 Восстановление цитрат-ионом (метод Туркевича)
• 1.3.5 Восстановление органическими соединениями, содержащими карбонильную группу (реакция Толленса)
• 1.4 Методы стабилизации частиц в растворах
• 1.4.1 Стабилизация поверхностно-активными веществами
• 1.4.2 Стабилизация полимерами
• 1.5 Полиэфиры
• 2. Экспериментальная часть
• 2.1 Реактивы и оборудование
• 2.2 Подготовка реактивов к использованию
• 2.3 Получение золя серебра в изопропаноле
• 2.4 Исследование полученных золей серебра
• 2.5 Исследование фотоагрегации полученного золя
• 2.6 Исследование агрегации под действием химических реагентов
• 3. Результаты и обсуждение
• 3.1 Получение и исследование золей серебра в изопропаноле
• 3.2 Исследование процесса фотостимулированной агрегации золя наноразмерных частиц серебра, стабилизированных полиэфиром Лапрол-5003
• 3.3 Исследование процесса химической агрегации золя серебра
• Выводы
• Список литературы

Реферат

Дипломная работа содержит ____ страницу, 11 рисунков, список использованных источников из 23 наименований.

Ключевые слова: наночастицы серебра, Лапрол-5003, полоса поверхностного плазмонного резонанса, фотостимулированная агрегация, электролитическая коагуляции, стабилизация истощения.

Цель данной работы - получение и исследование наноразмерных частиц серебра в изопропаноле с использованием в качестве стабилизатора разветвлённого полиэфира Лапрол-5003.

В данной работе было осуществлено получение устойчивых золей серебра в изопропиловом спирте с использованием в качестве стабилизатора простого полиэфира Лапрол-5003. Размер полученных частиц был охарактеризован при помощи методов сканирующей электронной микроскопии и УФ - спектроскопии. Для установления механизма стабилизации полученного золя исследуемым полиэфиром были проведены исследования фотостимулированной агрегации и коагуляции золя под действием электролитов.

Введение

В настоящее время актуальной задачей современной химии является получение устойчивых дисперсий металлических наночастиц, в частности наночастиц серебра, так как они обладают биоцидными свойствами.

Бактерицидные свойства металлического серебра связаны с его медленным окислением и высвобождением ионов Ag⁺ в окружающую среду. Благодаря развитой поверхности наночастиц обеспечивается их максимальный контакт с окружающей средой. Поэтому представляется перспективным использование препаратов наносеребра как особого класса биоцидных агентов [1].

Большое число работ как отечественных, так и зарубежных авторов посвящено получению металлических наночастиц в водных растворах, в то же время работ, посвящённых синтезу золей металлов в неводных средах, существенно меньше. В связи с чем является перспективным получение золей серебра в неводных растворах и применение их в лакокрасочных материалах.

Основной проблемой получения золей металлов является склонность наночастиц к процессам агрегации. Одним из наиболее эффективных путей предотвращения агрегации является стабилизация дисперсий при помощи высокомолекулярных соединений. Известно, что полимеры, вводимые в раствор, в котором осуществляется синтез наночастиц, ведут себя как "покрывающие" лиганды, останавливающие на определённом этапе дальнейший рост частиц [2].

Целью данной работы было получение и исследование наноразмерных частиц серебра в изопропаноле с использованием в качестве стабилизатора разветвлённого полиэфира Лапрол-5003.

1. Литературный обзор

1.1 Металлические наночастицы

1.1.1 Классификация и общие сведения

Наночастицы и кластеры металлов - важное состояние конденсированной фазы. Подобные системы имеют много особенностей и не наблюдаемых ранее новых физико-химических свойств. Наночастицы можно рассматривать как промежуточные образования между атомами, с одной стороны, и твёрдым состоянием - с другой. Они обладают изменяемым набором свойств, зависящих от размера. Одной из главных причин изменения физических и химических свойств частиц по мере уменьшения их размеров является возрастание в них относительной доли "поверхностных" атомов, находящихся в иных условиях, чем атомы объёмной фазы. С энергетической точки зрения уменьшение размеров частицы приводит к возрастанию доли поверхностной энергии в её химическом потенциале [1].

Наночастицы металлов находят применение в различных областях исследования, например, в катализе, фотонике, медицине, биологии, создании новейших материалов с уникальными свойствами.

В последнее время появилось множество работ, посвящённых синтезу наночастиц металлов в водных растворах. Используются различные способы восстановления ионов серебра: химический, фотохимический, радиохимический и ряд других [1-3].

1.2 Свойства металлических наночастиц

Свойства наночастиц металлов (электронные, оптические, магнитные и др.) могут существенно отличаться от свойств соответствующих объёмных фаз. На наноуровне также проявляются квантовые эффекты: электронное туннелирование, размерное квантование энергетических уровней и другие. Для полупроводниковых наночастиц спектральные характеристики - ширина запрещённой зоны - начинают отличаться от соответствующих величин для компактных материалов в большинстве случаев при диаметре частиц меньше 30 нм. Уникальные магнитные свойства металлсодержащих наночастиц возникают при размерах 2-30 нм.

Поверхностная энергия наночастиц такова, что они способны эффективно взаимодействовать с любыми химическими соединениями, включая инертные газы. Для металлических наночастиц не существует инертной среды, на их поверхности всегда имеется оболочка из лёгких атомов. Углеводороды, этилен, кислород, CO, CO₂, H₂O сорбируются и взаимодействуют с поверхностью наночастиц. Механизм связывания наночастица - органический лиганд включает следующие взаимодействия: электростатическое взаимодействие между ионами, донорно-акцепторное взаимодействие между n-донорными центрами и вакантными орбиталями металла и образование ковалентных связей, дисперсионные взаимодействия и пространственное экранирование поверхности наночастицы. Образующийся поверхностный органический слой, покрывающий неорганические в своей основе наночастицы, определяет их устойчивость, растворимость и возможность использовать для приготовления наноматериалов различного назначения [4].

Наночастицы с ковалентно-связанными лигандами растворяются в органических растворителях без дополнительного введения лигандов. Если же связи менее прочные и имеется равновесие в растворе, то для растворения наночастиц необходимо использовать избыток лиганда. Две основные функции лигандов на поверхности наночастиц: они предохраняют наночастицы от агрегации и способствуют их диспергированию в различных растворителях. Для защиты наночастиц от агрегации необходимо, чтобы связанные с донорным атомом группировки "стелились" вдоль поверхности наночастицы, закрывая как можно большую её часть; в то же время для увеличения "растворимости" наночастиц в неполярных растворителях необходимо, чтобы связанные с донорным атомом радикалы простирались как можно дальше от поверхности наночастицы вглубь растворителя. Для прикрепления наночастиц к биомолекулам необходимо, чтобы наночастицы растворялись в воде и...