МОДЕЛЮВАННЯ КІНЕТИКИ РОСТУ НАНОЧАСТИНОК СРІБЛА У ВОДНИХ РОЗЧИНАХ З ВИКОРИСТАННЯМ МЕТОДУ МАРШРУТІВ

A. Kytsya, L. Bazylyak, Yu. Medvedevskikh

Анотація


На основі аналізу кінетики формування наночастинок срібла (AgNPs) за реакцією відновлення Ag+ гідразином у лужних розчинах запропоновано схему росту частинок, яка містить стадії приєднання іона срібла до зростаючої наночастинки; адсорбцію молекули гідразину і формування поверхневого комплексу [Ag(N2H4)]+; розклад утвореного комплексу в лужному середовищі. З використанням основних положень теорії графів та методу маршрутів запропоновано кінетичне рівняння для опису росту AgNPs та розраховано константи швидкостей елементарних стадій. Показано, що лімітуючою стадією автокаталітичного росту AgNPs є відновлення комплексу [Ag(N2H4)]+ на поверхні частинки за присутності гідроксид-іонів.

 

Ключові слова: метод маршрутів, теорія графів, кінетика, наночастинки срібла.


Повний текст:

PDF

Посилання


Turkevich J., Stevenson P., Hillier J. A study of the nucleation and growth process in the synthesis of colloidal gold // Discuss. Faraday Soc. 1951. Vol. 11. P. 55–75. DOI: https://doi.org/10.1039/DF9511100055

Abecassis B., Testard F., Spalla O., Barboux P. Probing in situ the nucleation and growth of gold nanoparticles by small-angle X-ray scattering // Nano Lett. 2007. Vol. 7, No. 6. P. 1723–1727. DOI: https://doi.org/10.1021/nl0707149

Ohyama J., Teramura K., Higuchi Y., Shishido T. et al. In situ observation of nucleation and growth process of gold nanoparticles by quick XAFS spectroscopy // ChemPhysChem. 2011. Vol. 12, No. 1. P. 127–131. DOI: https://doi.org/10.1002/cphc.201000731

Thanh N. T., Maclean N., Mahiddine S. Mechanisms of nucleation and growth of nanoparticles in solution // Chem. Rev. 2014. Vol. 114, No. 15. P. 7610–7630. DOI: https://doi.org/10.1021/cr400544s

Polte J., Tuaev X., Wuithschick M., Fischer A. et al. Formation mechanism of colloidal silver nanoparticles: analogies and differences to the growth of gold nanoparticles // Acs Nano. 2012. Vol. 6, No. 7. P. 5791–5802. DOI: https://doi.org/10.1021/nn301724z

Van Hyning D. L., Zukoski C. F. Formation mechanisms and aggregation behavior of borohydride reduced silver particles // Langmuir. 1998. Vol. 14, No. 24. P. 7034–7046. DOI: https://doi.org/10.1021/la980325h

Harada M., Katagiri E. Mechanism of silver particle formation during photoreduction using in situ time-resolved SAXS analysis // Langmuir. 2010. Vol. 26, No. 23. P. 17896–17905. DOI: https://doi.org/10.1021/la102705h

Petroski J. M., Wang Z. L., Green T. C., El-Sayed M. A. Kinetically controlled growth and shape formation mechanism of platinum nanoparticles // J. Phys. Chem. B. 1998. Vol. 102, No. 18. P. 3316–3320. DOI: https://doi.org/10.1021/jp981030f

Lopez-Quintela M. A. Synthesis of nanomaterials in microemulsions: formation mechanisms and growth control // Curr. Opin. Colloid. Interface Sci. 2003. Vol. 8, No. 2. P. 137–144. DOI: https://doi.org/10.1016/S1359-0294(03)00019-0

Kim S. W., Park J., Jang Y., Chung Y., Hwang S., Hyeon T., Kim Y. W. Synthesis of monodisperse palladium nanoparticles // Nano Lett. 2003. Vol. 3, No. 9. P. 1289–1291. DOI: https://doi.org/10.1021/nl0343405

Wojnicki M., Fitzner K., Luty-Błocho M. Kinetic studies of nucleation and growth of palladium nanoparticles // J. Colloid. Interface Sci. 2016. Vol. 465. P. 190–199. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2015.11.066

Watzky M. A., Finke R. G. Transition metal nanocluster formation kinetic and mechanistic studies. A new mechanism when hydrogen is the reductant: slow, continuous nucleation and fast autocatalytic surface growth // J. Am. Chem. Soc. 1997. Vol. 119, No. 43. P. 10382–10400. DOI: https://doi.org/10.1021/ja9705102

Martin J. D. Particle Size Is a Primary Determinant for Sigmoidal Kinetics of Nanoparticle Formation: A “Disproof” of the Finke–Watzky (FW) Nanoparticle Nucleation and Growth Mechanism // Chem. Mater. 2020. Vol. 32, No. 8. P. 3651–3656. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b02839

Aspillaga L., Jan Bautista D., Daluz S. N., Hernandez K., Renta J. A., Lopez E. C. R. Nucleation and crystal growth: recent advances and future trends // Eng. Proc. 2023. Vol. 56, No. 1. P. 22. DOI: https://doi.org/10.3390/ASEC2023-15281

MacHale L. T., Whitehead C. B., Finke R. G. Platinum Nanoparticle Formation Kinetics and Mechanistic Studies: Evidence for an Alternative 4-Step Mechanism Involving Size-Dependent Growth and Chloride Anion and Room-Dust-Dependent Nucleation // J. Phys. Chem. C. 2024. Vol. 128, No. 31. P. 13083–13096. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.4c02718

Khan Z., Al-Thabaiti S. A., El-Mossalamy E. H., Obaid A. Y. Studies on the kinetics of growth o silver nanoparticles in different surfactant solutions // Colloid. Surf. B. 2009. Vol. 7. P. 284–288. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2009.05.030

Özkar S., Finke R. G. Silver nanoparticles synthesized by microwave heating: A kinetic and mechanistic re-analysis and re-interpretation // J. Phys. Chem. C. 2017. Vol. 121, No. 49. P. 27643–27654. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b06323

Kytsya A., Bazylyak L., Hrynda Y., Horechyy A., Medvedevskikh Y. The kinetic rate law for the autocatalytic growth of citrate‐stabilized silver nanoparticles // Int. J. Chem. Kinet. 2015. Vol. 47, No. 6. P. 351–360. DOI: https://doi.org/10.1002/kin.20913.

Kytsya A., Bazylyak L., Simon P., Zelenina I., Antonyshyn I. Kinetics of Ag300 nanoclusters formation: The catalytically effective nucleus via a steady‐state approach // Int. J. Chem. Kinet. 2019. Vol. 51, No. 4. P. 266–273. DOI: https://doi.org/10.1002/kin.21249

Bentea L., Watzky M. A., Finke R. G. Sigmoidal nucleation and growth curves across nature fit by the Finke–Watzky model of slow continuous nucleation and autocatalytic growth: explicit formulas for the lag and growth times plus other key insights // J. Phys. Chem. C. 2017. Vol. 121, No. 9. P. 5302–5312.DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b12021

Hodges R. J., Pickering W. F. The oxidation of hydrazine by silver (I) oxide // Aust. J. Chem. 1966. Vol. 19, No. 6. P. 981–991. DOI: https://doi.org/10.1071/CH9660981

Medvedevskikh Yu. G., Kytsya A. R., Bazylyak L. I., Turovsky A. A., Zaikov G. E. Stationary and non-stationary kinetics of the photoinitiated polymerization. London: CRC Press, 2004. 320 p. DOI: https://doi.org/10.1201/b12191

Medvedevskikh Yu. G., Kytsya A. R., Bazylyak L. I., Turovsky A. A., Zaikov G. E. The method of routes and kinetic models // In: J. Summers, G. Zaikov (Eds.) Basic Researches in Polymer and Monomer Chemistry. New York: Nova Science Publisher, 2006. P. 71–107.

Chen J. P., Lim L. L. Key factors in chemical reduction by hydrazine for recovery of precious metals // Chemosphere. 2002. Vol. 49, No. 4. P. 363–370. DOI: https://doi.org/10.1016/S0045-6535(02)00305-3

Bazylyak L., Pasternak O., Kytsya А., Kuntyi О. Quantum chemical simulation of the Ag4 cluster formation // Visnyk Lviv Univ. Ser. Chem. 2023. Iss. 64. P. 342–348 (іn Ukrainian). DOI: https://doi.org/10.30970/vch.6401.342




DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vch.6601.259

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.