ХИМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, 2018, Том 2, № 2,

с. 23 — 34

Наноразмерные объекты и наноматериалы 

 

УДК 544.7                                                                   Скачать PDF

DOI: 10.25514/CHS.2018.2.14098 

 

ВЛИЯНИЕ ПОДЛОЖКИ НА АДСОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА НАНОЧАСТИЦ ЗОЛОТА

М. В. Гришин*, А. К. Гатин, С. Ю. Сарвадий, Б. Р. Шуб

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва, Россия,

*e-mail: mvgrishin68[at]yandex.ru

Поступила в редакцию 07.11.2018 г.

Аннотация — Представлены результаты исследований адсорбционных свойств единичных наночастиц золота, нанесенных на подложки различной природы – графит, оксиды кремния, алюминия и титана, по отношению к Н2, О2 и Н2О. Определены формы адсорбции, а также значения коэффициентов прилипания и энергии связи для указанных выше реагентов. Установлено, что на взаимодействие водорода и кислорода с частицами золота природа подложки не оказывает существенного воздействия. При этом золотые частицы, покрытые адатомами водорода, становятся химически активными. В то же время влияние подложки на синтез молекул воды на поверхности наночастиц золота является определяющим.

Ключевые слова: наночастицы золота, подложка, адсорбция, коэффициент прилипания, энергия связи.


EFFECT OF SUPPORT ON ADSORPTION PROPERTIES OF GOLD NANOPARTICLES

 М. V. Grishin*, А. К. Gatin, S. Yu. Sarvadii, and B. R. Shub

Semenov Institute of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia, *e-mail: mvgrishin68[at]yandex.ru

Received November 07, 2018

Abstract — The results of studying adsorption properties of single gold nanoparticles deposited on substrates of different nature (i.e. graphite, silicon, aluminum and titanium oxides) in regard to Н2, О2 and Н2О molecules are presented. Adsorption forms, as well as the values of adhesion coefficients and binding energy for the above reagents have been determined. Substrate nature does not appear to have a significant impact on interaction of hydrogen and oxygen with gold particles. However, gold particles covered with hydrogen adatoms become chemically active. At the same time, the substrate influence on the synthesis of water molecules on the surface of gold nanoparticles is found to be a key factor. The unique properties of coatings based on gold nanoparticles make it possible to use these materials for ensuring chemical safety, i.e. for decontamination of hazardous industrial and consumer wastes, applying them in sensors or diagnostic devices for toxic substances, etc.

Keywords: gold nanoparticles, support, adsorption, adhesion coefficient, binding energy.


Список литературы:

1. Gleiter H. // Acta Materialia. 2000. V. 48. P. 1.
2. Mirkin С.A., Letsinger R.L., Mucic R.C., Storhoff J.J. // Nature. 1996. V. 382. P. 607.
3. Taton T.A., Mirkin C.A., Letsinger R.L. // Science. 2000. V. 289. P. 1757.
4. Storhoff J.J., Elghanian R., Mucic R.C., Mirkin C.A., Letsinger R.L. // J. Amer. Chem. Soc. 1998. V.120. P. 1959.
5. Dagani R. // Chem. Eng. News. 1999. V.77. P. 54.
6. Hamilton J.F., Baetzold R.C. // Science. 1979. V. 205. P. 1213.
7. Schmid G. // Chem. Rev. 1992. V. 92. P. 1709.
8. Cuenya B.R. // Thin Solid Films. 2010. V. 518. P. 3127.
9. Mostafa S., Behafarid F., Croy J.R. et al. // J. Amer. Chem. Soc. 2010. V. 132. P. 15714.
10. Narayana R., El-Sayed M.A. // Nano Letters. 2004. V. 4. P. 1343.
11. Miyazaki A., Balint I., Nakano Y. // J. Nanopart. Res. 2003. V. 5. P. 69.
12. Manzoli M., Vindigni F., Boccuzzi F. // Catal. Today. 2012. V. 181. P. 62.
13. Deng W., Frenkel A.I., Si R., Flytzani-Stephanopoulos M. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. P. 12834.
14. Rodriguez J.A., Ma S., Liu P., Hrbek J., Evans J., Perez M. // Angew. Chem. Intern. Ed. 2007. V. 46. P. 1329.
15. Aguilar-Guerrero V., Gates B.C. // Catal. Lett. 2009. V. 130. P. 108.
16. Haruta M. // Chem. Rec. 2003. V. 3. P. 75.
17. Haruta M. // Catal. Surv. Asia. 1997. V. 1. P. 61.
18. Ono L.K., Cuenya B.R. // Catal. Lett. 2007. V. 113. P. 86.
19. Ростовщикова Т.Н., Смирнов В.В., Кожевин В.М., Явсин Д.А., Гуревич С.А. // Рос. Hанотехнол. 2007. Т. 2. № 1–2. C. 47.
20. Гатин А.К., Гришин М.В., Кирсанкин А.А., Трахтенберг Л.И., Шуб Б.Р. // Рос. Hанотехнол.2012. Т. 7. № 1–2. C. 20.
21. Кирсанкин А.А., Гришин М.В., Колченко Н.Н., Шуб Б.Р. // Химия в интересах устойчивого развития. 2014. Т. 22. C. 613.
22. Гатин А.К., Гришин М.В., Колченко Н.Н., Слуцкий В.Г., Харитонов В.А., Шуб Б.Р. // Изв. АH. Сер. хим. 2014. № 8. С. 1815.
23. Scanning Tunnelling Microscopy I. General principles and applications to clean and absorbate-covered surfaces. / Ed. by H.-J. Guntherodt, R. Wiesendanger. Berlin: Springer-Verlag, 1992. Р. 246.
24. Гатин А.К., Гришин М.В.,Сарвадий С.Ю., Шуб Б.Р. // Хим. физика. 2018. № 3. С. 48.
25. Гришин М.В., Гатин А.К., Дохликова Н.В., Кирсанкин А.А., Кулак А.И., Николаев С.А., Шуб Б.Р. // Кинетика и катализ. 2015. Т. 56. № 4. С. 539.
26. Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии: учеб. пособие. Н. Новгород: Изд-во РАН, Ин-т физики микроструктур, 2004. С. 114.
27. Автоматизация и проектирование матричных КМОП БИС. Под ред. А. В. Фомина. М.: Радио и связь, 1991. С. 256.
28. Физические величины. Справ. под ред. Н. С. Григорова, Е. З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. С. 1232.
29. Родерик Э. Х. Контакты металл–полупроводник. М.: Радио и связь, 1982. C. 208.
30. Stromsnes H., Jusuf S., Schimmelpfennig B., Wahlgren U., Gropen O. // J. Mol. Struct. 2001. V. 567-568. P. 137.
31. Гришин М.В., Далидчик Ф.И., Ковалевский С.A., Шуб Б.Р., Гатин A.К. // Хим. физика. 2007. Т. 26. № 8. С. 33.
32. Kovalevskii S., Dalidchik F., Grishin M., Kolchenko N., Shub B. // Appl. Phys. A. 1998. V. 66. P. S125.
33. Fahmi A., Minot C. // Surf. Sci. 1994. V. 304. No. 3. P. 343.
34. De Pauw E., Marien J. // J. Phys. Chem. 1981. V. 85. No. 24. P. 3550.

References:

1. Gleiter H. // Acta Materialia. 2000. V. 48. P. 1. doi: 10.1016/S1359-6454(99)00285-2.
2. Mirkin С.A., Letsinger R.L., Mucic R.C., Storhoff J.J. // Nature. 1996. V. 382. P. 607. doi: 10.1038/382607a0.
3. Taton T.A., Mirkin C.A., Letsinger R.L. // Science. 2000. V. 289. P. 1757.
4. Storhoff J.J., Elghanian R., Mucic R.C. et al. // J. Amer. Chem. Soc. 1998. V.120. P. 1959. doi: 10.1021/ja972332i.
5. Dagani R. // Chem. Eng. News. 1999. V.77. P. 33. doi: 10.1021/cen-v077n006.p033.
6. Hamilton J.F., Baetzold R.C. // Science. 1979. V. 205. P. 1213. doi: 10.1126/science.205.4412.1213.
7. Schmid G. // Chem. Rev. 1992. V. 92. P. 1709. doi: 10.1021/cr00016a002.
8. Cuenya B.R. // Thin Solid Films. 2010. V. 518. P. 3127. doi:10.1016/j.tsf.2010.01.018.
9. Mostafa S., Behafarid F., Croy J.R. et al. // J. Amer. Chem. Soc. 2010. V. 132. P. 15714. doi: 10.1021/ja106679z.
10. Narayana R., El-Sayed M.A. // Nano Letters. 2004. V. 4. P. 1343. doi: 10.1021/nl0495256.
11. Miyazaki A., Balint I., Nakano Y. // J. Nanopart. Res. 2003. V. 5. P. 69. doi:10.1023/A:1024451600613.
12. Manzoli M., Vindigni F., Boccuzzi F. // Catal. Today. 2012. V. 181. P. 62. doi.org/10.1016/j.cattod.2011.07.029.
13. Deng W., Frenkel A.I., Si R., Flytzani-Stephanopoulos M. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. P. 12834. doi; 10.1021/jp800075y.
14. Rodriguez J.A., Ma S., Liu P. et al. // Angew. Chem. Intern. Ed. 2007. V. 46. P. 1329. doi: 10.1002/anie.200603931.
15. Aguilar-Guerrero V., Gates B.C. // Catal. Lett. 2009. V. 130. P. 108. doi: 10.1007/s10562-009- 9906-1.
16. Haruta M. // Chem. Rec. 2003. V. 3. P. 75. doi: 10.1002/tcr.10053.
17. Haruta M. // Catal. Surv. Asia. 1997. V. 1. P. 61. doi: 10.1023/A:1019068728295.
18. Ono L.K., Cuenya B.R. // Catal. Lett. 2007. V. 113. P. 86. doi: 10.1007/s10562-007-9027-7.
19. Rostovshchikova T.N., Smirnov V.V., Kozhevin V.M. et al. // Rossijskie nanotekhnogii [Nanotechnologies in Russia]. 2007. V. 2. No. 1–2. P. 47 [in Russian].
20. Gatin A.K., Grishin M.V., Kirsankin A.A. et al. // Nanotechnologies in Russia. 2012. V. 7. No. 3-4. С. 122. doi: 10.1134/S1995078012020085.
21. Kirsankin A.A., Grishin M.V., Kolchenko N.N., Shub B.R. // Khimia v interesah ustojchivogo razvitia [Chemistry for sustainable development]. 2014. V. 22. P. 613 [in Russian].
22. Gatin A.K., Grishin M.V., Kolchenko N.N. et al. // Russian Chemical Bulletin. 2014. V. 63. No. 8. С. 1815. doi: 10.1007/s11172-014-0671-y.
23. Scanning Tunnelling Microscopy I. General principles and applications to clean and absorbatecovered surfaces. / Ed. by H.-J. Guntherodt, R. Wiesendanger. Berlin: Springer-Verlag, 1992. Р. 246.
24. Gatin A.K., Grishin M.V., Sarvadii C.Y., Shub B.R. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2019 (in press).
25. Grishin M.V., Gatin A.K., Dokhlikova N.V. et al. // Kinetics and Catalysis. 2015. V. 56. No. 4. P. 532. doi: 10.1134/S0023158415040084.
26. Mironov V.L. Fundamentals of scanning probe microscopy: manual. Nizhnii Novgorod: Institute for Physics of Microstructures, RAS, 2004. P. 114 [in Russian].
27. Automatization and design of matrix KMOP BIS. Ed. by A.V. Fomin. M.: Radio I sviaz’, 1991. P. 256 [in Russian].
28. Physical values. Reference book. Ed. by N.S. Grigorov, E.Z. Meilikhov. M.: Energoatomizdat, 1991. P. 1232 [in Russian].
29. Roderick E. Metal-semiconductor contacts. Oxford: Clarendon Press, 1978. 208 p.
30. Stromsnes H., Jusuf S., Schimmelpfennig B. et al. // J. Mol. Struct. 2001. V. 567-568. P. 137. doi: 10.1016/S0022-2860(01)00542-7.
31. Grishin M.V., Dalidchik F.I., Kovalevskii S.A. et al. // Khimicheskaya Fizika. 2007. V. 26. No. 8. P. 33 [in Russian].
32. Kovalevskii S., Dalidchik F., Grishin M., Kolchenko N., Shub B. // Appl. Phys. A. 1998. V. 66. P. S125.
33. Fahmi A., Minot C. // Surf. Sci. 1994. V. 304. No. 3. P. 343. doi: 10.1016/0039- 6028(94)91345-5.
34. De Pauw E., Marien J. // J. Phys. Chem. 1981. V. 85. No. 24. P. 3550. doi: 10.1021/j150624a002.