Исследование оптимальных условий для получения наночастиц серебра. Работу выполнила Ученица 10М класса Бахно Ирина

• Название: Исследование оптимальных условий для получения наночастиц серебра. Работу выполнила Ученица 10М класса Бахно Ирина
• Дата: 18.09.2022
• Размер: 270 Kb.
• Имя файла: optimalnye_usloviya_dlya_polucheniya_nanochastits_serebra.doc
• Тип: Исследование; #683389
• страница: 3 из 3

- Усилитель, в котором усиление сигнала (через коэффициент усиления) работает только для сигнала с частотой модуляции, все остальные гасятся.

- Регистрирующее устройство, в качестве которого часто используют амперметр, который регистрирует значение силы тока.

В атомно-абсорбционных методах концентрацию элемента определяют, используя градуировочные графики или метод добавок. Методом ААС можно определять более 70 элементов. Предел обнаружения элементов методом ААС равен 10^-5 – 10^-8 % или 10^-9 – 10^-12 г. Воспроизводимость результатов измерения аналитических сигналов равна 1 – 2 %.

3.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Синтез наночастиц серебра проводили путем восстановления водного раствора нитрата серебра (AgNO₃). В качестве восстановителя использовали

цитрат натрия (Na₃C₆H₁₂O₇). Все растворы готовили на бидистиллированной воде.

Золь готовили смешением растворов нитрата серебра с глюкозой в соотношении объемов 1:1. Обработку смеси проводили раствором гидроксида аммония до рН 8-9, так как размеры наночастиц серебра зависят от рН среды.

.Золь экспонировали при температуре 96-98°С в течение 120 минут. Полученный золь стабилизировали с использованием токов высокой частоты. Исходные концентрации растворов нитрата серебра и глюкозы были подобраны таким образом, чтобы получаемый золь имел желтую окраску, так как цвет золя коррелирует со средними размерами частиц [2]. Для получения наночастиц (НЧ) серебра применяется реакция Толленса [3]:

[Ag(NH₃)₂] + (aq) + R-CHO(aq) → Ag(s) + -RCOOH(aq),

где R-CHO – альдегид или углеводород.

Аммиачный комплекс оксида серебра образуется при взаимодействии нитрата серебра с аммиаком:

AgNO₃ + 3NH₃·H₂O = [Ag(NH₃)₂]OH +NH₄NO₃ + 2H₂O.

Вследствие высокой восстановительной способности глюкозы на начальном этапе образуется большое количество мелких кластеров, при дальнейшей необратимой агрегации которых получаются более крупные агломераты [Там же]. Тетроборат натрия является одновременно восстановителем и стабилизатором. Продукт окисления цитрат натрия – может адсорбироваться на поверхности НЧ и контролировать их рост. В данных условиях образующиеся НЧ серебра не склонны к агрегации.

Предполагаемая схема протекания химической реакции:

2AgNO₃ + Na₃C₆H₁₂O₇ + H₂O  Na₃C₆H₁₂O₈ + 2Ag + 2HNO₃

Для исследования нанокомпозитов использовался комплекс физико-химических методов: оптическая спектроскопия в видимой и УФ областях.

Характерной чертой наночастиц является сильное и специфическое взаимодействие с электромагнитным излучением. Особенностью спектров

поглощения наночастиц размером более 2 нм является присутствие широкой полосы поверхностно-плазменного резонанса (ППР) в видимой области или в прилегающей к ней ближней УФ-области.

Спектральный максимум вблизи 400 нм соответствует ППР изолированных и слабо взаимодействующих наночастиц серебра. На спектре поглощения (рис. 2) фиксируется выраженный максимум при длине волны 430 нм.

После экспозиции в течение 7, 14 суток спектр поглощения золя практически не изменяется, что свидетельствует об отсутствии активной агрегации частиц.

Максимум при длине волны 430 нм соответствует частицам серебра размерами до 50 нм. В типичной методике синтеза к раствору (10 мл) нитрата серебра определенной концентрации (0,0001 М – 0,005 М) добавляли такой же объем раствора восстановителя (0,001 М – 0,05 М) и доводили рН до заданного значения с помощью раствора аммиака. В качестве восстановителей применяли натрий лимоннокислый.

Оборудование и реактивы.
Для проведения эксперимента были приготовлены растворы AgNO₃ , Na₃C₆H₁₂O_7, C₆H₈O_6,NaBH_4,NH₃*H₂O разной концентрации:

AgNO₃ 5*10^-3M; 1*10^-3M; 5*10^-4M; 1*10^-4M;

C₆H₁₂O₆ 1*10^-2M; 1*10^-3M;

C₆H₈O₆ 1*10^-2M; 2*10^-2M;

NaBH₄ 1*10^-2M;

NH₃*H₂O 25%;

«Аскорбиновая кислота с глюкозой» ГОСТ-000906.05

Все реактивы, используемые в работе, имели квалификацию ч.д.а. и дальнейшей очистке не подвергались.

Получение наночастиц серебра.
К раствору нитрата серебра определенной концентрации добавляли раствор восстановителя ( боргидрида натрия,»). Соотношение объемов 1:1. Приготовленные растворы подвергали нагреванию на плитке (t=96 -98⁰ С) в течение 15 мин.

После синтеза гидрозоли серебра исследовались спектрофотометрическим методом, а также визуально отмечалось изменение окраски растворов и/или образования осадка. Спектры поглощения Ag-гидрозоля регистрировали при комнатной температуре в области 300-700 нм на спектрофотометре ПЭ-5400В (кювета (Q) – 1см).

Приготовление раствора «цитрата натрия»

Готовили раствор с молярной концентрацией равной 0,01моль/л

Расчет вели на 500 мл раствора приготовленного

m_{(навески)} = 0,0096г:

Взвешивали на весах «ОКБ –Веста» с точностью до четвертого знака и растворяли в дистиллированной воде.

Приготовление раствора «нитрата серебра»

Готовили раствор с молярной концентрацией равной С(AgNO₃) = 0,0001М, 0,0005М, 0,001М; 0,005М

Расчет вели на 500 мл раствора приготовленного

m_{(навески)} = 0,0096г:

Взвешивали на весах «ОКБ –Веста» с точностью до четвертого знака и растворяли в дистиллированной воде.

4.Обсуждение результатов

После проведенных исследований, было установлено, что эффективными восстановителями являются натрий лимоннокислый. При восстановлении натрий лимоннокислый раствор светло-коричневого (желтого) цвета, что указывает на наличие более мелких частиц серебра.

Спектр исходного раствора представлен на рисунках 2



Рисунок 2 - Спектры оптического поглощения исходных растворов

Изучение влияния концентрации AgNO₃ на величину плазменного пика.

Приготовление растворов проводили в соответствии с методикой. Концентрацию растворов AgNO₃ варьировали в интервале 0,0001М – 0,005М. Концентрация натрий лимоннокислого была постоянна и равна 0,01М. Полученные результаты представлены на рисунке 3.



Рисунок 3 - Спектры оптического поглощения гидрозоля серебра, полученного восстановлением AgNO₃ глюкозой ( – С(AgNO₃) = 0,0001М,

- С(AgNO₃) = 0,0005М, С(AgNO₃) = 0,001М; – С(AgNO₃) = 0,005М).

Цвет раствора в зависимости от концентрации изменяется от прозрачного и бледно-желтого до ярко-желтого и коричневого. С ростом исходной концентраций ионов серебра наблюдается увеличение максимума поглощения при 420нм, что возможно связано с увеличением количества образующихся наночастиц.

Изучение влияния рН на процесс восстановления серебра

Приготовление растворов проводили в соответствии с методикой. рН растворов варьировали в интервале 5 – 11. Концентрации натрий лимоннокислый и нитрата серебра были постоянны и равны соответственно 0,001М и 0,001М. Результаты представлены на рисунке 4.



Рисунок 4 - Спектры оптического поглощения гидрозоля серебра, полученного восстановлением AgNO₃ цитратом натрия (– рН = 11,21; рН= 10,24;– рН = 8,34; - рН = 7,15; -- – рН = 5,16;).

Окраска полученных систем с увеличением значения рН изменялась от бледно-желтой (рН = 5,16) до темно-коричневой (рН = 11,21). Также следует отметить, что растворы с рН = 10,24 и рН – 11,21 являлись неустойчивыми: появлялась муть и практически сразу в осадок выпадало металлическое серебро.

Таким образом, из представленных графиков видно, что эффективное значение рН = 8,34, процесс восстановления идет более эффективно. Максимум поглощения наблюдается на длине волны λ = 420 нм. По литературным данным, это соответствует поглощению серебряных частиц размером несколько нанометров [4]. Быстрый рост поглощения в максимуме полосы свидетельствует о формировании в системе новых частиц серебра данного размера.


полученного восстановлением AgNO₃ натрий лимоннокислый ( С = 0,001М, -С = 0,005М, С = 0,01М, = 0,05М).

Исследование влияния концентрации восстановителя – натрия лимоннокислого на свойства получаемых наночастиц серебра

Приготовление растворов проводили в соответствии с методикой. Концентрацию растворов глюкозы варьировали в интервале 0,001М – 0,05М. Концентрация нитрата серебра была постоянна и равна 0,001М.

Химическое восстановление является многофакторным процессом и зависит от подбора пары окислитель – восстановитель и их концентрации. В работе проведено исследование влияния концентрации восстановителя – глюкозы на свойства получаемых наночастиц серебра. Прирост интенсивности в максимуме полосы поглощения при увеличении концентрации глюкозы, по-видимому, связан с повышением эффективности процесса восстановления Ag⁺.

Исследование оптических свойств наночастиц серебра

С помощью спектрофотометра определили коэффициент экстинкции и используя формулу:
C_ext =24 πRε ^3/2_м/λε (1)

(где R - радиус наночастицы, ε_м-диэлектрическая проницаемость среды, ε - диэлектрическая проницаемость частиц, λ- длина волны падающего света,

C_ext - коэффициент экстинкции). Оценили размер наночастицы.

Таблица -2

Размер частиц	Концентрация, серебра	Натрия лимоннокислого
2.9124 нм.	1 *10 -3 нм.	1 *10 -3 нм.
3.821 нм.	1 * 5 -3 нм.	1 * 5 -3 нм.
2.621 нм.	1 * 5 -3 нм.	1 * 5 -3 нм.

ВЫВОДЫ:

1. В ходе работы ознакомились с методами синтеза наночастиц серебра в водных растворах.

2. Провели синтез наночастиц серебра путем восстановления водного раствора нитрата серебра натрий лимоннокислым. Определены оптимальные условия восстановления серебра: восстановитель – глюкоза; С(AgNO₃) = 0,0001М; С(C₆H₁₂O₆ ) = 0,05М; рН = 8,34.

4.- Установлено, что при восстановлении образуются наночастицы серебра размером до 2,98*10^-4 нм;

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Б.Г.Ершов Наночастицы металлов в водных растворах: электронные, оптические и каталитические свойства/Ершов Б.Г.//Журнал российского химического общества им. Д.И. Менделеева. – 2001. - Т. XLV, № 3.- С.5-9.

2. Meng Chen Preparation and Study of Polycryamide-Stabilized Silver Nanoparticles through a One-Pot Process/ Meng Chen, Li-Ying Wang, Jian-Tao Han, Jun-Yan Zhang, Zhi-Yuan Li, Dong-Jin Qian//Department of Chemistry and Laboratory of AdVanced Materials, Fudan UniVersity. – 2006. – С.34-38.

3. Кузьмина Л.Н.Получение наночастиц серебра методом химического восстановления/Л.Н.Кузьмина, Н.С.Звиденцова, Л.В Колесников// Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева. – 2007. - Т. XХХ, № 8. – С.7 -12.

4. Сергеев Б.М.. Получение наночастиц серебра в водных растворах полиакриловой кислоты/ Б.М.Сергеев, М..В. Кирюхин, А.Н.Прусов, В.Г Сергеев // Вестник Московского Университета. Серия 2. Химия – 1999. – Т.40, №2. – С. 129-133.

5. Lilia Coronato Courrol A simple method to synthesize silver nanoparticles by photo-reduction/ Lilia Coronato Courrol, Flґavia Rodrigues de Oliveira Silva, Laґercio Gomes// EPUSP. – 2007. – Vol.18, №6. –Р.12 – 16.

6. Wanzhong Zhang Synthesis of silver nanoparticles—Effects of concerned parameters in water/oil microemulsion/Wanzhong Zhang, Xueliang Qiao, Jianguo Chen// State Key Laboratory of Material Processing and Die & Mould Technology. – 2007. – Р.17 – 21.

7. Вегера, А.В. Синтез и физико-химические свойства наночастиц серебра/

А.В. Вегера, А.Д. Зимон// Московский государственный университет технологии и управления. – 2006. - 5 – 12.

8. Степанов А.Л. Особенности синтеза металлических наночатиц в диэлектрике методом ионной имплантации/ А.Л.Степанов //Журнал Технического университета Аахена, Германия. – 2007. – С.2 – 7.