Synteza nanocząstek złota za pomocą niskotemperaturowej mikroplazmy pod ciśnieniem atmosferycznym

• Autorzy: Dzimitrowicz A. , Jamróz P. , Galantowicz J. , Nowak P.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.1.2

Warianty tytułu

EN

Synthesis of gold nanoparticles by low temperature atmospheric pressure microplasma

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca stanowi przegląd literaturowy oraz prezentuje przykładowe wyniki badań własnych z zakresu syntezy nanocząstek złota w fazie ciekłej za pomocą niskotemperaturowej mikroplazmy, generowanej w warunkach ciśnienia atmosferycznego. Nanotechnologia jest dziedziną zajmującą się projektowaniem, wytwarzaniem i badaniem właściwości struktur, których co najmniej jeden z wymiarów nie przekracza 100 nm. Wraz ze zmniejszaniem rozmiarów cząstek intensyfikują się lub pojawiają się nowe właściwości materiałów metalicznych, głównie chemiczne i fizyczne, które w znaczący sposób odbiegają od cech, które wykazują te same materiały o rozdrobnieniu makroskopowym. Pozwala to na szerokie wykorzystywanie nanomateriałów metalicznych głównie w szybko rozwijającej się fotonice, fotowoltaice i medycynie. Bardzo duże zainteresowanie praktyczną aplikacją technologiczną nanomateriałów metalicznych wzbudza nie mniejsze zainteresowanie metodami ich syntezy, pozwalających na kontrolowane wytwarzanie nanostruktur o zadanym pokroju i właściwościach granulometrycznych, otrzymywanych głównie jako stabilizowane i sfunkcjonalizowane roztwory koloidalne. Wraz z rozwojem nanotechnologii poszukuje się coraz to nowych sposobów syntezy, bardziej wydajnych i ekonomicznych, szybszych i prostszych w wykonaniu. Metoda syntezy nanocząstek za pomocą niskotemperaturowej plazmy atmosferycznej należy do nowych, bezodpadowych metod, a więc przyjaznych dla środowiska. Syntezę nanostruktur z użyciem niskotemperaturowej plazmy atmosferycznej można zastosować do wytwarzania nanocząstek zarówno w fazie ciekłej, jak i w fazie gazowej. Za pomocą metody syntezy z zastosowaniem zimnej plazmy atmosferycznej niezależnie od warunków procesu można wytwarzać nanocząstki o zadanej wielkości i pokroju. Skuteczność syntezy nanocząstek z użyciem metody niskotemperaturowej mikroplazmy, generowanej w warunkach ciśnienia atmosferycznego w przepływowym reaktorze plazmowym, oceniano na przykładzie wytworzenia nanocząstek złota. Uzyskane w ten sposób zawiesiny nanokoloidalnego złota poddawano analizie spektrofotometrycznej i granulometrycznej. Efektywność opisanej metody syntezy oceniano na podstawie identyfikacji i właściwości pasma zlokalizowanego powierzchniowego rezonansu plazmonowego LSPR (Localized Surface Plasmon Resonance), obecnego w widmach absorpcji mieszaniny poreakcyjnej. Pasmo to jest charakterystyczne dla nanostruktur złota wykazujących absorpcję w zakresie 520÷550 nm. Wielkość otrzymanych nanocząstek określono za pomocą techniki dynamicznego rozpraszania światła, a kształt stosując technikę skaningowej mikroskopii elektronowej.

EN

This paper provides a literature review along with exemplary research results in the field of synthesis of gold nanoparticles in the liquid phase using a low temperature atmospheric pressure microplasma, generated at atmospheric pressure. Nanotechnology is a field of knowledge which includes design, manufacture and research of the properties of structures in which at least one of all the dimensions is less than 100 nm. With decreasing particle size intensifies or new properties appear in materials, mainly chemical and physical that significantly differ from the characteristics that exhibit the same fragmented macroscopic materials. This fact allows for the wide use of metallic nanomaterials, primarily in rapidly developing photonics, photovoltaic and medicine. The enormous interest in the practical application of metallic nanomaterials technology raises no lesser interest in the development of new methods of their synthesis, which can generate nanostructures with a given size and conformation, obtained mainly as stabilized and functionalized colloidal solutions. With the development of nanotechnology search for more and more new methods of synthesis, efficient and economical, faster and simpler in execution began. The new methods of nanoparticles synthesis by low temperature atmospheric plasma are non-waste methods which are also environmentally friendly. Synthesis of nanostructures by low temperature atmospheric plasma can be used for the preparation of nanoparticles in the liquid phase or in the gas phase. Regardless of the process, by using the synthesis method of cold atmospheric plasma nanoparticles of a designed size and type can be produced. In order to confirm the effectiveness of the synthesis of nanoparticles by low temperature atmospheric plasma, which is generated at atmospheric pressure plasma reactor we attempt to produce gold nanoparticles. The resulting nanocolloidal gold suspensions were subjected to spectrophotometric and grain-size analysis. The effectiveness of the described method of synthesis was evaluated based on the identity and properties of a Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR), which present in the absorption spectra of the reaction mixture. This absorption band is characteristic for gold nanostructures in a range of 520÷550 nm. The size of the obtained nanostructures was determined by dynamic light scattering techniques, and the shape using the scanning electron microscopy.

Słowa kluczowe

PL

nanotechnologia; nanocząstki; mikroplazma

EN

nanotechnology; nanoparticles; microplasma

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 1
• Strony: 9--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., rys.

Twórcy

autor

Dzimitrowicz A.

• Wydział Chemiczny, Politechnika Wrocławska

autor

Jamróz P.

• Wydział Chemiczny, Politechnika Wrocławska

autor

Galantowicz J.

• Wydział Chemiczny, Politechnika Wrocławska

autor

Nowak P.

• Wydział Chemiczny, Politechnika Wrocławska

Bibliografia

• [1] Snopczyński T., Góralczyk K., Czaja K., Struciński P., Hernik A., Korcz W., Ludwicki J.: Nanotechnologia — możliwości i zagrożenia. Rocznik PZH 60 (2) (2009) 101÷111.
• [2] Pulit J., Banach M., Kowalski Z.: Właściwości nanocząsteczek miedzi, platyny, srebra, złota i palladu. Chemia, Czasopismo techniczne 2 (10) (2011) 197÷209.
• [3] Malina D., Sobczak-Kupiec A., Kowalski Z.: Nanocząstki srebra — przegląd chemicznych metod syntezy. Chemia, Czasopismo techniczne 1 (10) (2010) 183÷192.
• [4] Marzari G., Morales G., Moreno M., Garcia-Guttierez D., Fungo F.: The optoelectronic behavior of carbon nanoparticles: Evidence of the importance of the outer carbon shell. Nanoscale 5 (2013) 7977÷7983.
• [5] Guo L., Wu Z. H., Ibrahim K., Tao Y., Ju, X.: Research of nonlinear optical properties of copper nanoparticles. European Physical Journal D 9 (1999) 591÷594.
• [6] Urbańczyk-Lipkowska Z.: Dendrymery w naukach biologicznych. Gazeta Farmaceutyczna 11 (2008) 34÷36.
• [7] Terlega K., Latocha M.: Nanotechnologia — przyszłość medycyny. Polski Merkuriusz Lekarski XXXIII (196) (2012) 229÷232.
• [8] Grouchko M., Kamyshny A., Ben-Ami K., Magdassi S.: Synthesis of copper nanoparticles catalyzed by pre-formed silver nanoparticles. Journal of Nanoparticles Research 11 (2009) 713÷716.
• [9] Chou K.-S., Ren C.-Y.: Synthesis of nanosized silver particles by chemical reduction method. Materials Chemistry and Physics 64 (2000) 241÷246.
• [10] Pyatenko A., Yamaguchi M., Suzuki A.: Laser photolysis of silver colloid prepared by citric acid reduction method. The Journal of Physical Chemistry B 109 (2005) 21608÷21611.
• [11] Raja M.: Production of copper nanoparticles by electrochemical process. Powder Metallurgy and Metal Ceramics 47c(7) (2008) 402÷405.
• [12] Rodriguez-Sanchez L., Blanco M. C., Lopez-Quintela M. A.: Electrochemical synthesis of silver nanoparticles. The Journal of Physical Chemistry B 104 (2000) 6983÷6988.
• [13] Keki S., Torok J., Deak G., Daroczi L., Zsuga M.: Silver nanoparticles by
• PAMAM-assisted photochemical reduction of Ag+. Journal of Colloid and Interfance Science 229 (2000) 550÷553.
• [14] Lu H. W., Liu S. H., Wang X. L., Qian X. F, Yin J., Zhu Z. K.: Silver nanocrystals by hyperbranched polyurethane-assistaed photochemical reduction of Ag+. Materials Chemistry and Physics 81 (2003) 104÷107.
• [15] Kapoor S., Gopinathan C.: Reduction and aggregation of silver, copper and cadmium ions in aqueous solutions of gelatin and carboxymethyl cellulose. Radiation Physics and Chemistry 53 (1998) 165÷170.
• [16] Joshi S. S., Patil S. F., Iyer V., Muhumandi S.: Radiation induced synthesis and characterization of copper nanoparticles. Nanostructures Materials 10 (7) (1998) 1135÷1144.
• [17] Chiang W., Richmonds C., Sankaran R. M.: Continuous-flow, atmospheric- pressure microplasmas: a versatile source for metal nanoparticle synthesis in the gas or liquid phase. Plasma Sources Science and Technology 19 (2010) 034011.
• [18] Beker A., Randall C. Steward R., Fantazier R.: Fabrication of multilayered low-temperature cofired ceramic microplasma-generating devices. International Journal of Applied Ceramic Technology 3 (6) (2006) 413÷418.
• [19] McKenna J., Patel J., Miltra S., Soin N., Svreek V., Maguire P., Mariotti D.: Synthesis and surface engineering of nanomaterials by atmosphericpressure microplasmas. The European, Physical Journal Applied Physics 56 (2011) 24020.
• [20] Patel J., Nemcova L., Maguire P., Graham W., Mariotti D.: Synthesis of surfactant-free electrostatically stabilized gold nanoparticles by plasmainduced liquid chemistry. Nanotechnology 24 (24) (2013) 1÷11.
• [21] Stryczewska H.: Technologie plazmowe w energetyce i inżynierii środowiska. Wyd. Politechniki Lubelskiej, Lublin (2009) 26÷60.
• [22] Langmuir L.: Oscillation in ionized gases. Proceedings of the National Academy of Sciences of United States of America 14 (1928) 627÷637.
• [23] Fridman A.: Plasma chemistry. Cambridge University Press, USA (2008) 1÷53.
• [24] Franzke J., Kunze K., Miclea M., Niemax K.: Microplasmas for analytical spectrometry. Journal of Analytical Atomic Spectrometry 18 (2003) 802÷807.
• [25] Nozaki T., Sasaki K., Ogino T., Asahi D., Okazaki K.: Microplasma synthesis of tunable photoluminescent silicon nanocrystals. Nanotechnology 18 (23) (2007) 235603.
• [26] Walsh J., Kong M.: 10 ns pulsed atmospheric air plasma for uniform treatment of polymeric surface. Applied Physics Letters 91 (25) (2007) 251504.
• [27] Mariotti D., Patel J., Svrcek V., Maguire P.: Plasma–liquid interactions at atmospheric pressure for nanomaterials synthesis and surface engineering. Plasma Processes and Polymers 9 (2012) 1074÷1085.
• [28] Shimizu Y., Kawaguchi K., Sasaki T., Koshizaki N.: Generation of roomtemperature atmospheric H2/Ar microplasma jet driven with pulse-modulated ultrahigh frequency and its application to gold nanoparticle preparation. Applied Physics Letters 94 (19) (2009) 191504.
• [29] Wagner J., Kohler J. M.: Continuous synthesis of gold nanoparticles in a microreaktor. Nano Letters 5 (2005) 685÷691.
• [30] Cvelbar U., Mozetic M., Hauptman N., Klanjsek-Gunde M.: Degradation of Staphylococcus aureus bacteria by neutral oxygen atoms. Journal of Applied Physics 106 (2009) 0103303.
• [31] Czylkowski D., Hrycak B., Jasiński M., Dors M., Mizerczyk J.: Atmospheric pressure microwave microplasma microorganism deactivation. Surface and Coatings Technology 234 (2013) 114÷119.
• [32] Mariotti D., Sankaran R.: Perspectives on atmospheric-pressure plasmas for nanofabrication. Journal of Physics D: Applied Physics 44 (17) (2011) 174023.
• [33] Sankaran R., Holunga D., Flgan R., Giapis K.: Synthesis of blue luminescence Si nanoparticles using atmospheric-pressure microdischarges. Nano Letters 5 (3) (2005) 537÷541.
• [34] Mariotti D., Sankaran R.: Microplasmas for nanomaterials synthesis. Journal of Physics D: Applied Physics 43 (32) (2010) 323001.
• [35] Greda K., Jamróz P., Pohl P.: Atmospheric pressure glow discharge in a contact with liquid as a new excitation source in optical emission spectroscopy. Przemysł Chemiczny 91 (12) (2012) 2389÷2397.
• [36] Jamróz P., Gręda K., Pohl P., Żyrnicki W.: Atmospheric pressure glow discharges generated in contact with flowing liquid cathode: production of active species and application in wastewater purification processes. Plasma Chemistry Plasma Processing 34 (2014) 25÷37.
• [37] Lin P., Sankaran R.: Plasma-assisted dissociation of organometallic vapors for continuous, gas-phase preparation of multimetallic nanoparticles. Angewandte Chemie International Edition 50 (2011) 10953÷10956.
• [38] Chaing W., Sankaran R.: Microplasma synthesis of metal nanoparticles for gas-phase studies of catalyzed carbon nanotube growth. Applied Physics Letters 91 (12) (2007) 125013.
• [39] Chaing W., Sankaran R.: Synergistic effects in bimetallic nanoparticles for low temperature carbon nanotube growth. Advanced Materials 20 (24) (2008) 4857÷4861.
• [40] Krasodomski W., Rembiesa-Śmiszek A., Skibińska A.: Nanocząstki w środkach smarowych. Nafta-Gaz 3 (2013) 220÷225.
• [41] Richmonds C., Sankaran R. M: Plasma-liquid electrochemistry: rapid synthesis of colloidal metal nanoparticles by microplasma reduction of aqueous cations. Applied Physics Letters A 93 (2008) 131501÷131503.
• [42] Ghosh S. K. , Nath S., Kundu S., Esumi K., Pal T.: Solvent and ligand effects on the localized surface plasmon resonance (LSPR) of gold colloids. The Journal of Physical Chemistry B. B. 108 (2004) 13963÷13971.