КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 18-73-00142

НазваниеИзучение фундаментальных основ для получения и стабилизации концентрированных гидрозолей металлов и других соединений с учетом эффектов, характерных для полимодальных (реальных) систем

Руководитель Воробьев Сергей Александрович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" , Красноярский край

Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-405 - Наноструктуры и кластеры. Супрамолекулярная химия. Коллоидные системы.

Ключевые слова Концентрированные дисперсии, наночастицы, механизм стабилизации, полимодальность, серебро, медь, золото, халькогениды металлов

Код ГРНТИ31.15.37

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
На сегодняшний день для получения наночастиц наибольшее распространение получили методы «мокрого» химического синтеза в водных растворах, которые являются гибкими, дешевыми, экологически безопасными, и позволяют достаточно легко контролировать размер, состав и структуру синтезируемых частиц [1]. Однако, при этом концентрация частиц в стабильном гидрозоле, особенно для металлических частиц, без использования высоких содержаний ПАВ и специальных условий редко превышает 1 мМ, поскольку коллоиды и сами НЧ являются термодинамически неравновесными (метастабильными), и стремятся к уменьшению поверхностной энергии путем растворения, агрегации, окисления или оствальдовского укрупнения. Использование значительных избытков высокомолекулярных поверхностно-активных веществ (например, поливинилпироллидон, ЦТАБ, желатин, крахмал, полиэтиленгликоль и др.) и вязких сред позволяет повысить концентрацию золей [2]. Однако поверхность частиц блокируется макромолекулами, что затрудняет или делает невозможным их дальнейшую очистку, модификацию и использование во многих областях. Например, для получения высокопроводящих контактов из серебряных или медных дисперсий (инков) требуется нагревание для окисления и удаления органики, что затруднительно на полимерных подложках. Исключением является предложенный в 1889 году американским ученым Carey Lea способ синтеза концентрированных до 0.5 - 1.0 М гидрозолей НЧ серебра [3], где нитрат серебра восстанавливается цитратным комплексом железа (II). Гидрозоль отличается высокой агрегативной стабильностью и способностью к неоднократной пептизации частиц после их коагуляции электролитами. Однако, не смотря на продолжительную историю и уникальность, данная система очень мало исследована и причины ее стабильности остаются непонятны [4-6]. В начатой нами работе по изучению методами РФЭС и XANES, ПЭМ, DLS, измерений дзета-потенциала наночастиц серебра в золе Carey Lea установлено, что стабилизирующий слой на поверхности частиц состоит не из цитрат-ионов, как принято считать, а из продуктов их окисления, причем состав адсорбата различается для различных фракций наночастиц серебра. Полученные результаты представляют в новом свете роль цитрата и необычную агрегативную стабильность золей. Мы полагаем, что ключевой является би- или (и) полимодальность распределения частиц по размерам и составу и свойствам поверхности. Относительно недавно для бимодальных систем, содержащих частицы, сильно различающиеся размерами, были предсказаны теоретически и обнаружены экспериментально (1) влияние «обеднения» (depletion) [7-8] на стабильность дисперсий за счет энтропийного фактора, (2) стабилизация относительно крупных и слабо заряженных частиц за счет образования «галло» [9] из тонких и сильно заряженных наночастиц (энергетический фактор) и (3) стабилизации при взаимодействии частиц сильно отличающегося размера или формы (структурный фактор) [10]. До сих пор эти эффекты остаются малоизвестными, изучаемыми лишь на единичных модельных системах (обычно диоксид кремния и наночастицы диоксида циркония), и не используются практически. Задачей данного проекта является установление факторов, определяющих высокую агрегативную устойчивость полимодальных дисперсий на примере наносеребряного золя Carey Lea, и затем перенос и использование найденных закономерностей для получения концентрированных гидрозолей других веществ, в т.ч. наночастиц меди, золота, их сульфидов и оксидов, практически не содержащих органических стабилизаторов. Это позволит повысить производительность синтеза и управления свойствами нано- и субмикронных частиц и материалов на их основе, а также понять свойства реальных полидисперсных природных и технологических систем. В непосредственном распоряжении коллектива находится современное научное оборудование для исследований РФЭС, DLS, измерения дзета-потенциала, краевого угла смачивания, АСМ/СТС, и др., и возможность использования оборудования ЦКП ФИЦ СО РАН (ПЭМ, ЯМР, КР, ЭПР, ТГ/ДСК, элементный анализатор и др.). Кроме того, для проведения исследований методами спектроскопии рентгеновского поглощения (XANES, EXAFS), SAXS предполагается подача проектов в центры синхротронного излучения (BESSY II, Берлин, ELETTRA, Триест, ESRF, Гренобль). У автора имеется значительный опыт синтеза, модификации и исследования наночастиц различных дисперсных систем металлов, оксидов и сульфидов, в т.ч. природных. 1. Handbook of Nanoparticles / Eds M. Aliofkhazraei. Berlin: Springer, 2016. P. 1440. 2. R. Anderson, R. Buscall, R. Eldridge, P. Mulvaney, P. Scales. Concentrated synthesis of metal nanoparticles in water / RSC Adv., 2014. V. 4. P. 31914-31925. 3. Carey Lea, M., Amer. J. Sei. 37, 476 (1889) 4. Frens G., Overbeek Th.G. Carey Lea’s colloidal silver // Colloid. Polym. Sci. 1969. V.233. №1-2. P.922. 5. D. Fornasiero, F. Grieser The Kinetics of Electrolyte Induced Aggregation of Carey Lea Silver Colloids // J. Colloid Interface Sci. 1991. V. 141(1). P. 168-179. 6. O.V. Dement’eva, A.V. Mal’kovskii, M.A. Filippenko, V.M. Rudoy Comparative Study of the Properties of Silver Hydrosols Prepared by “Citrate” and “Citrate–Sulfate” Procedures // Colloid J. 2008. V. 70(5). P. 561–573. 7. R. Garibay-Alonso, J.M. Mrndez-Alcaraz, R. Klein Phase separation of binary liquid mixtures of hard spheres and Yukawa particles // Phys. A: Stat. Mech. Appl. V. 235(1–2). P. 159-169. 8. A. Sharma, J.Y. Walz Direct measurement of the depletion interaction in a charged colloidal dispersion // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1996. V. 92(24). P. 4997-5004. 9. V. Tohver, J.E. Smay, A. Braem, P.V. Braun, J.A. Lewis Nanoparticle halos: A new colloid stabilization mechanism // PNAS. 2001. V. 98(16). P. 8950 - 8954. 10. C.T. McKee and J.Y. Walz. Interaction forces between colloidal particles in a solution of like-charged, adsorbing nanoparticles // J. Colloid Interface Sci. 2012. V.365. P.72–80.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---