Синтез стабілізованих наночастинок срібла соногальванічним заміщенням на алюмінію
Автор: Знак Юрій Зеновійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Технічна електрохімія
Інститут: Інститут хімії та хімічних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: отація. Гальванічне заміщення в останнє десятиріччя розглядають як перспективний метод у хімічному наноматеріалознавстві для модифікації металевими наноструктурами поверхні металів і напівпровідників, для одержання наночастинок та наноструктур [1-3]. Для інтенсифікації синтезу та дизайну наночастинок і наноструктур ефективним є гальванічне заміщення в ультразвуковому полі, що найбільше вивчено для коштовних металів. Серед них особливе місце займають наночастинки срібла [4]. До сучасних методів їх одержання ставлять такі основні критерії: контрольоване формування за геометрією (форма та розмір) наночастинок; “зелений” синтез; технологічність. Необхідність першого критерію зумовлена тим, що функціональні властивостей AgNPs суттєво залежать від їх геометрії. Оскільки формування наночастинок є складним і багатофакторним процесом, їх дизайн має, переважно, емпіричний характер. “Зелений” синтез AgNPs охоплює методи, які базуються на використанні нетоксичних прекурсорів (хімічних відновників і поверхнево-активних речовин), серед яких речовини природного походження. До “зеленого” синтезу AgNPs відносять також гальванічне заміщення металами, йони яких є нетоксичними (маґній, алюміній) та малотоксичними (залізо, цинк, мідь) [5, 6]. Технологічність охоплює, окрім попередніх двох критеріїв, високу швидкість синтезу AgNPs та невисоку вартість продукту. Враховуючи зазначені критерії, актуальним є встановлення закономірностей синтезу наночастинок срібла гальванічним заміщенням йонів арґентуму у розчинах нетоксичних поверхнево активних речовин, зокрема натрію поліакрилату, полівінілпіролідону в ультразвуковому полі. Мета роботи – дослідження синтезу розчинів наночастинок срібла стабілізованих натрію поліакрилатом соногальванічним заміщенням за використання алюмінію. Показано, що процес гальванічного заміщення срібла на поверхні алюмінію починається із зародкоутворення на перших секундах практично без індукційного періоду. Після того утворені нанокластери ростуть з формування на поверхні осаду, морфологія якого залежить від умов. У розчинах Ag+?PA- в широкому діапазоні концентрацій прекурсорів в ультразвуковому полі осад срібла на поверхні алюмінію не утворюється, тобто гальванічне заміщення відбувається за узагальненим рівнянням електрохімічного механізму з утворенням колоїдних розчинів AgNPs жовтого забарвлення з максимумом поглинання ~410 нм. Ультразвук у водних розчинах, що містять органічні речовини (поверхнево-активних речовин) спричиняє утворення радикалів та нових речовин-прекурсорів. Останні відновлюють йони Аргентуму(І) з подальшим формуванням стабілізованих наночастинок срібла. Досліджено вплив тривалості соногальванічного заміщення, концентрації AgNO3 і NaPA та потужності ультразвуку на фізико-хімічні властивості розчинів та морфологію наночастинок срібла. Встановлено, що розміри AgNPs синтезованих соногальванічним заміщенням алюмінієм не перевищують 25 нм і мало залежать від початкових концентрацій прекурсорів. Виявлено ефективну антибактеріальну активність одержаних AgNPs щодо кишкової палички Escherichia Coli і золотистого стафілокока Staphylococcus aureus. Розроблено принципову технологічну схему одержання наночастинок срібла стабілізованих натрію поліакрилатом соногальванічним заміщенням за використання алюмінію. В економічній частині наведено розрахунок витрат на проведення досліджень синтезу AgNPs. Ключові слова – стабілізовані наночастинки срібла, соногальванічне заміщення, порошок алюмінію, натрію поліакрилат.