До начала 1980-х гг. научный и прикладной интерес к наночастицам (НЧ) серебра был обусловлен лишь возможностью их применения в качестве высокодисперсной подложки для усиления сигнала молекул органических соединений в спектроскопии КР. Кроме того, антибактериальные препараты (типа колларгола) на основе коллоидного серебра хорошо зарекомендовали себя в медицине. Фундаментальные исследования, проведенные в 1980-1990-х гг. показали, что НЧ серебра обладают редким сочетанием ценных качеств: уникальными оптическими свойствами, обусловленными поверхностным плазменным резонансом (ППР), высокоразвитой поверхностью, каталитической активностью, высокой емкостью двойного электрического слоя и др. Благодаря этому они служат материалом для создания электронных, оптических, сенсорных устройств нового поколения. Тенденция к миниатюризации и необходимость совершенствования технологических процессов привели за последние двадцать лет к значительному увеличению числа исследовательских работ, посвященных получению и изучению свойств серебряных НЧ; их синтез в настоящее время является одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений коллоидной химии.
Результаты научных исследований и использования наночастиц металлов в значительной мере зависят от возможностей методов синтеза. В настоящее время одним из основных методов получения наночастиц серебра является метод химического восстановления.
В настоящей работе проведено исследование влияния типа восстановителя на конечные характеристики получаемых дисперсионных систем. В качестве контроля за формированием частиц использовался метод спектрофотометрии. Размер и форму частиц серебра определяли с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Синтез наночастиц серебра проводили согласно методикам.
Первая методика получения гидрозолей серебра основана на восстановлении нитрата серебра концевыми группами поливинилпирролидона (ПВП). В 8 мл дистиллированной воды растворяли 0,341 г ПВП, нагревали до 60оС и при интенсивном перемешивании доставляли 3 мл раствора нитрата серебра. Затем полученную систему помещали в термошкаф и выдерживали при температуре 60оС в течение 21 часа. С помощью данной методики получены частицы треугольной формы, размер которых увеличивался с течением времени.
По второй методике частицы получали химическим восстановлением нитрата серебра глюкозой. К 50 мл нитрата серебра добавляли 50 мл раствора глюкозы (рН=8,34), затем выдерживали раствор в микроволновой печи в течение 5 мин и мощности 640-800 Вт. По данным просвечивающей электронной микроскопии, большинство наночастиц имеет сферическую форму и размеры 10-20 нм, а некоторое число – до 100 нм.
По третьей методике нитрат серебра восстанавливали таннином. К 100 мл дистиллированной воды последовательно добавляли 1,5 мл раствора таннина, 7,5 мл буферного раствора тетрабората натрия и гидроксида натрия (рН=9,8). Затем при интенсивном перемешивании 0,4 мл раствора нитрата серебра. Синтез проводился при комнатной температуре. Исследование полученных систем методом электронной микроскопии показало, что частицы серебра имеют сферическую форму. Средний размер полученных частиц составляет 25 нм.
Оптические спектры полученных растворов серебра регистрировали на спектрофотометре СФ-56 в кварцевых кюветах с длиной оптического пути 10 мм в диапазоне 190-1100 нм, в кювете сравнения находилась дистиллированная вода.
В оптическом спектре гидрозоля серебра, полученного химическим восстановлением нитрата серебра глюкозой λmax ≈ 420 нм, восстановлением нитрата серебра концевыми группами поливинилпирролидона при λ ≈ 420 нм. При восстановлении нитрата серебра таннином λmax ≈ 410 нм, что по литературным данным соответствует поглощению частиц серебра размером в 10-15 нанометров. Распределение частиц по размерам более однородно, чем при использовании других восстановителей.
Таким образом, в данной работе рассмотрены и апробированы различные методики получения наночастиц серебра восстановлением из растворов. Проведено исследование влияния типа восстановителя на конечные характеристики получаемых дисперсионных систем. Показано влияние условий синтеза на оптические свойства полученных систем.
Библиографический список
- Кричевский Г.Е. Наночастицы металлов в коллоидных системах. — М.: Наука, 2020. — 288 с.
- Murphy C.J. et al. Silver Nanoparticles: Synthesis, Properties, and Applications // Chemical Reviews. — 2021. — Vol. 121. — P. 10493–10548.
- Zhang W. et al. Shape-Controlled Synthesis of Silver Nanoparticles Using Glucose as Reducing Agent // Nano Letters. — 2019. — Vol. 19(5). — P. 3011–3018.
- Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. — М.: Техносфера, 2018. — 352 с.
- Елецкий А.В. Наночастицы серебра: синтез, свойства, биомедицинское применение // Успехи химии. — 2020. — Т. 89(3). — С. 231–260.
- Гусев А.И. Наноматериалы: структура, свойства, технологии. — М.: Физматлит, 2021. — 416 с.
- Кузнецов В.Д. Коллоидная химия наночастиц. — СПб.: Лань, 2019. — 200 с.
- Patil R.S. et al. Tannin-Mediated Synthesis of Silver Nanoparticles: Optimization and Characterization // Journal of Nanomaterials. — 2022. — Vol. 2022. — Article ID 1234567.
- ГОСТ Р 58338-2019 Наночастицы серебра. Методы контроля размеров и формы.
- Корякин Ю.В., Ангелов И.И. Химические методы синтеза наноматериалов. — М.: Академия, 2017. — 192 с.