В последнее время большой интерес проявляется к разработке методов синтеза и изучению свойств наночастиц меди. Связано это с тем, что наночастицы меди находят применение в катализе, оптических, сенсорных и электронных устройствах, они способны также повысить не только прочность лакокрасочных покрытий, но и увеличить их электро- и теплопроводность 1. В работе [4] изучены процессы получения полимерных композиционных материалов (ПКМ), наполненных наночастицами меди, железа, кобальта и никеля, путем термического разложения соответствующих формиатов или ацетилацетонатов в эпоксидной смоле ЭД-20. Однако получить наполнение металлов в эпоксидной смоле более 1% не удавалось, так как при температуре разложения указанных выше соединений-предшественников (200-250оС) происходит термическая полимеризация и частичная деструкция эпоксидной смолы. Для наполнения ПКМ начочастицами меди можно использовать также комплекс из сульфата меди и моноэтаноламина [5]. Однако синтез этого комплекса требует высоких температур и длительного времени.
Важно получить такой медьсодержащий прекурсор, чтобы при температуре его разложения полимерная матрица не подвергалась деструкции.
Цель работы – получение наночастиц меди в среде полимера путем разложения комплекса формиата меди с триэтиламином при сравнительно низких температурах.
Материалы и методы исследования
Для получения наночастиц меди был выбран метод термического разложения формиата меди и его комплекса с триэтиламином. В качестве исходных материалов использовали:
– кристаллогидрат сульфата меди CuSO4•5H2O марки «х.ч.» по ГОСТ 4165–78;
– карбонат натрия Na2CO3 марки А по ГОСТ 5100–85;
– муравьиная кислота HCOOH марки «ч.д.а.» по ГОСТ 5848–73;
– триэтиламин (С2Н5)3N технический по ГОСТ 9966–88.
Для синтеза формиата меди использовали 1М раствор кристаллогидрата сульфата меди CuSO4•5H2O и 1М раствор карбоната натрия Na2CO3. Приготовленные растворы объёмом 50 мл смешивали для получения карбоната меди:
CuSO4•5H2O + Na2CO3 > Na2SO4 + +CuCO3v + 5H2O.
Для отделения осадка раствор фильтровали под вакуумом, используя установку, состоящую из воронки Бюхнера, колбы Бунзена и вакуум-насоса системы Комовского. Осадок карбоната меди переносили в колбу для промывания с применением декантации: заливали дистиллированной водой и взбалтывали его при помощи стеклянной палочки. После отстаивания жидкость осторожно сливали, но так, чтобы осадок оставался в колбе. К оставшемуся в колбе осадку снова приливали промывную воду и повторяли сливание жидкости. Полноту отмывки на содержание сульфат-ионов SO42– проверяли раствором хлорида бария.
К карбонату меди порционно добавляли концентрированную муравьиную кислоту при тщательном перемешивании. В результате реакции образовывается формиат меди синего цвета:
CuCO3v + 2HCOOH + Н2О > >Cu(HCOO)2•2H2O + CO2.
С целью получения аминного комплекса синтезированный формиат меди смешивали с триэтиламином. Образование комплекса идет по следующему уравнению
Триэтиламин прибавляли при комнатной температуре к формиату меди порционно, непрерывно перемешивая, до образования между ними комплекса ярко-зеленого цвета.
Полученный комплекс формиата меди с триэтиламином сушили в эксикаторе над концентрированной серной кислотой.
Идентификацию фаз, образующихся при разложении формиата меди и его комплекса с триэтиламином, проводили рентгенофазовым анализом (РФА) на порошковом дифрактометре ARL X TRA (ThermoFisher Scientific, Швейцария).
Термический анализ синтезированного формиата меди проводили в атмосфере воздуха в условиях неизотермического нагрева с эталоном a-Al2O3 при скорости нагрева 10 град/мин в интервале температур 25–800оС (дериватограф Perking Elmer Diamond TG/DTA).
Для идентификации исследуемого образца на рентгенограмме фиксировали наиболее интенсивные пики, для которых отмечали углы 2θ и интенсивности. Значения этих параметров сравнивали c табличными данными в базе картотеки PDF-2 (табл. 1).
Значения угла 2θ для формиата меди Cu(HCOO)2•2Н2О
Источник
Медная наночастица — Copper nanoparticle
Часть цикла статей о
Наноматериалы
Углеродные нанотрубки
Синтез
Химия
Механические свойства
Оптические свойства
Приложения
График
Фуллерены
Бакминстерфуллерен
Фуллерен C70
Химия
Воздействие на здоровье
Аллотропы углерода
Другие наночастицы
Квантовые точки углерода
Квантовые точки
Оксид алюминия
Целлюлоза
Керамика
Оксид кобальта
Медь
Золото
Утюг
Оксид железа
Железо-платина
Липид
Платина
Серебро
Оксид титана
Наноструктурированные материалы
Нанокомпозит
Нано-пена
Нанопористые материалы
Нанокристаллический материал
Научный портал
Технологический портал
Меди в виде наночастиц является на основе частиц меди от 1 до 100 нм в размере. Как и многие другие формы наночастиц , наночастицы меди могут быть образованы естественными процессами или химическим синтезом. Эти наночастицы представляют особый интерес из-за их исторического применения в качестве красителей и биомедицинских, а также противомикробных средств .
СОДЕРЖАНИЕ
Историческое использование
Одним из первых применений наночастиц меди было окрашивание стекла и керамики в IX веке в Месопотамии . Это было сделано путем создания глазури солями меди и серебра и нанесения ее на глиняную посуду. Когда керамика обжигалась при высоких температурах в восстановительных условиях, ионы металлов мигрировали во внешнюю часть глазури и восстанавливались до металлов. Конечным результатом стал двойной слой металлических наночастиц с небольшим количеством глазури между ними. Когда готовая керамика подвергалась воздействию света, свет проникал и отражался от первого слоя. Свет, проникающий в первый слой, будет отражаться от второго слоя наночастиц и вызывать эффекты интерференции со светом, отражающимся от первого слоя, создавая эффект блеска, возникающий в результате как конструктивной, так и деструктивной интерференции.
Синтез
Были описаны различные методы химического синтеза наночастиц меди. Более старый метод включает восстановление гидразинкарбоксилата меди в водном растворе при кипячении с обратным холодильником или нагреванием с помощью ультразвука в инертной атмосфере аргона. Это приводит к комбинации кластеров оксида меди и наночастиц чистой меди, в зависимости от используемого метода. Более современный синтез использует хлорид меди в реакции при комнатной температуре с цитратом натрия или миристиновой кислотой в водном растворе, содержащем формальдегид сульфоксилат натрия, для получения чистого порошка наночастиц меди. В то время как эти синтезы генерируют довольно устойчивые наночастицы меди, также сообщалось о возможности управления размерами и формой наночастиц меди. Восстановление ацетилацетоната меди (II) в органическом растворителе олеиламином и олеиновой кислотой вызывает образование наночастиц в форме стержня и куба, в то время как вариации температуры реакции влияют на размер синтезированных частиц.
Другой метод синтеза включает использование соли гидразинкарбоксилата меди (II) с ультразвуком или нагреванием в воде для генерации радикальной реакции, как показано на рисунке справа. Наночастицы меди также можно синтезировать с использованием экологически чистой химии, чтобы уменьшить воздействие реакции на окружающую среду. Хлорид меди можно восстановить, используя только L-аскорбиновую кислоту в нагретом водном растворе для получения стабильных наночастиц меди.
Характеристики
Наночастицы меди обладают уникальными характеристиками, включая каталитическую и противогрибковую / антибактериальную активность, которые не наблюдаются у коммерческой меди. Прежде всего, наночастицы меди демонстрируют очень сильную каталитическую активность, свойство, которое можно объяснить их большой площадью каталитической поверхности. Благодаря небольшому размеру и большой пористости наночастицы могут обеспечивать более высокий выход реакции и более короткое время реакции при использовании в качестве реагентов в органическом и металлоорганическом синтезе. Фактически, наночастицы меди, которые используются в реакции конденсации иодбензола, достигли примерно 88% конверсии в бифенил, в то время как коммерческая медь показала конверсию только 43%.
Наночастицы меди, которые очень малы и имеют высокое отношение поверхности к объему, также могут служить противогрибковыми / антибактериальными средствами. Антимикробная активность вызвана их тесным взаимодействием с микробными мембранами и их ионами металлов, высвобождаемыми в растворах. Поскольку наночастицы медленно окисляются в растворах, из них высвобождаются ионы двухвалентной меди, и они могут создавать токсичные гидроксильные свободные радикалы, когда липидная мембрана находится поблизости. Затем свободные радикалы расщепляют липиды в клеточных мембранах путем окисления, чтобы разрушить мембраны. В результате внутриклеточные вещества просачиваются из клеток через разрушенные мембраны; клетки больше не могут поддерживать фундаментальные биохимические процессы. В конце концов, все эти изменения внутри клетки, вызванные свободными радикалами, приводят к гибели клетки.
Приложения
Наночастицы меди с высокой каталитической активностью могут применяться в биосенсорах и электрохимических сенсорах. Окислительно-восстановительные реакции, используемые в этих датчиках, обычно необратимы и также требуют высокого перенапряжения (большего количества энергии) для запуска. Фактически, наночастицы обладают способностью делать обратимые окислительно-восстановительные реакции и снижать перенапряжения при нанесении на датчики.
Один из примеров — датчик глюкозы. При использовании наночастиц меди датчику не требуется никаких ферментов, и поэтому нет необходимости иметь дело с деградацией и денатурацией ферментов. Как показано на рисунке 3, в зависимости от уровня глюкозы наночастицы в датчике дифрагируют падающий свет под другим углом. Следовательно, полученный дифрагированный свет дает другой цвет в зависимости от уровня глюкозы. Фактически, наночастицы позволяют сенсору быть более стабильным при высоких температурах и изменяющемся pH, а также более устойчивым к токсичным химическим веществам. Более того, с помощью наночастиц можно обнаружить нативные аминокислоты. Угольный электрод с покрытием из медных наночастиц и трафаретной печатью функционирует как стабильная и эффективная сенсорная система для обнаружения всех 20 аминокислот.
Источник
Получение наночастиц оксида меди (I) и серебра и изучение их физико-химических свойств
Описание презентации по отдельным слайдам:
Синтез наночастиц серебра и оксида меди (I) и изучение их свойств спектрофотометрическим методом Автор: Шмальц Диана 10Б «Лицей №4» Руководитель: Беляева С. М., учитель химии
Цель: Получение стабильных золей, содержащих наночастицы оксида меди (I) и серебра методом восстановления в водных растворах и исследование их физико-химических свойств. Объект исследования: наночастицы Cu2О и Ag. Предмет исследования: оптические свойства наночастиц. Метод проведения: химический, спектрофотометрический.
Задачи: Изучить литературу по теме исследования Синтезировать разными способами коллоидные растворы серебра и Cu2O. Изучить оптические свойства золей и проанализировать полосу плазмонного поглощения, оценив по максимуму поглощения размер частиц. Ознакомиться с работой атомного силового микроскопа.
Исаак Ньютон (1643-1727)
«Отец нанотехнологии» Ричард Фейнман (1918-1998) Книга «Там, внизу, полно места».
Норио Танигути (1912-1999) Эрик Декслер
Методы получения наночастиц диспергационные методы, или методы получения наночастиц путем измельчения обычного макрообразца; конденсационные методы, или методы “выращивания” наночастиц из отдельных атомов.
Синтез наночастиц Cu2О путем восстановления глюкозой C6H12O6 + 2Cu(OH)2 = C6H12O7 + Cu2O + 2H2O
Синтез наночастиц Cu2О из таблеток аскорбиновой кислоты с глюкозой C6H8O6 + 2Cu(OH)2 = C6H6O6 + Cu2O + 3H2O
Синтез наночастиц серебра путем восстановления тетрагидроборатом натрия 2AgNO3+2NaBH4+6H2O=2Ag+7H2+2NaNO3+2H3BO3
Исследование оптических свойств полученных растворов
Исследование оптических свойств полученных растворов наночастиц серебра
Исследование оптических свойств полученных растворов оксида меди (I)
Химические свойства наночастиц серебра К раствору наночастиц серебра добавляем разбавленную соляную кислоту. В ходе реакции происходит постепенное растворение наночастиц серебра и выделение водорода.
Атомно-силовая микроскопия Изображение наночастиц серебра, полученные методом сканирующей электронной микроскопии.
Изображение наночастиц серебра, полученные с помощью микроскопа при 1000 увеличении.
Заключение В процессе исследования были получены наночастицы Cu2O и Ag конденсационным методом в ходе окислительно-восстановительных реакций, протекающих в растворах. Изучили оптические свойства золей и проанализировали полосу плазмонного поглощения — в коллоидных растворах присутствуют наночастицы разных размеров: от 50 до 160 нм. Наночастицы серебра взаимодействуют с разбавленной соляной кислотой, а наночастицы оксида меди (I) растворяются в йодоводородной кислоте. Методом атомно-силовой микроскопии получили сканы образцов наночастиц. Получили фотографии наночастиц серебра при помощи микроскопа «Микромед-3»
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Сейчас обучается 812 человек из 76 регионов
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Курс добавлен 23.09.2021
Сейчас обучается 48 человек из 23 регионов
Курс профессиональной переподготовки
Методическая работа в онлайн-образовании
Сейчас обучается 23 человека из 12 регионов
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Развитие современной техники невозможно без создания материалов нового поколения с заранее заданными свойствами. Одним из путей решения этой задачи является получение композиционных материалов, содержащих наночастицы.
Наночастицы обладают высокой реакционной способностью и могут участвовать в реакциях, в которые не вступают обычные вещества. Соляная кислота с обычным серебром не реагирует. Однако наночастицы серебра реагируют с соляной кислотой с выделением водорода. Причина такого поведения наночастиц связана с так называемыми поверхностными эффектами. Дело состоит в том, что в маленькой частице существенно увеличивается доля атомов, находящихся на поверхности. У этих атомов есть оборванные связи, и как следствие, они обладают более высокой энергией и активностью.
Номер материала: ДБ-1670153
Международная дистанционная олимпиада Осень 2021
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами
Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно
Рособрнадзор откажется от ОС Windows при проведении ЕГЭ до конца 2024 года
Время чтения: 1 минута
Руководители управлений образования ДФО пройдут переобучение в Москве
Время чтения: 1 минута
Правительство предложило потратить до 1 млрд рублей на установку флагов РФ у школ
Время чтения: 1 минута
В проекте КоАП отказались от штрафов для школ
Время чтения: 2 минуты
Российский совет олимпиад школьников намерен усилить требования к олимпиадам
Время чтения: 2 минуты
Минпросвещения разрабатывает образовательный минимум для подготовки педагогов
Время чтения: 2 минуты
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
Научный портал
