СОНОЕЛЕКТРОХІМІЧНИЙ СИНТЕЗ НАНОЧАСТИНОК СРІБЛА У РОЗЧИНАХ ПОЛІВІНІЛПІРОЛІДОНУ

1
Національний університет “Львівська політехніка”
2
Національний університет “Львівська політехніка”
3
Національний університет „Львівська політехніка”
4
Lviv National Agrarian University
5
Національний університет “Львівська політехніка”

Наведено результати досліджень впливу головних параметрів (коцентрації ПАР і температури) на синтез наночастинок срібла (AgNPs) соноелектрохімічним методом у розчинах полівінілпіролідону (PVP) за циклічної вольтрамперометрії (CVA). Показано, що ультразвукове поле (22 kHz) спричиняє зростання анодних і катодних струмів на  ̴ 30 %. Запропоновано схему утворення AgNPs, що включає такі основні процеси: 1) розчинення жертовних срібних анодів за Е = 0.2...1.0 V з утворенням комплексного йону [AgPVP]+; 2) катодне й сонохімічне відновлення останнього до Ag(0); 3) формування AgNPs. Встановлено, що з підвищенням концентрації PVP від 1 до 4 g∙L-1 анодні та катодні струми зменшуються на 40-60 %. Зменшується також швидкість утворення AgNPs. Зростання анодних і катодних струмів і швидкості формування наночастинок в діапазоні 20…60 оС відповідає дифузійно-кінетичній дії температурного фактора. CVА криві практично не змінються в часі, що свідчить про стабільність анодних і катодних процесів за тривалого соноелектрохімічного синтезу. Характер UV-Vis колоїдних розчинів AgNPs у PVP з максимумом поглинання 405…410 нм однаковий в широкому діапазоні концентрацій наночастинок.

1. Birkin, P. R., Offin, D. G., Joseph, P. F., & Leighton, T. G. (2005). Cavitation, shock waves and the invasive nature of sonoelectrochemistry. The Journal of Physical Chemistry B, 109(35), 16997-17005. https://doi.org/10.1021/jp051619w
https://doi.org/10.1021/jp051619w
2. Sáez, V., & Mason, T. J. (2009). Sonoelectrochemical synthesis of nanoparticles. Molecules, 14(10), 4284-4299. https://doi.org/10.3390/molecules14104284
https://doi.org/10.3390/molecules14104284
3. Sakkas, P., Schneider, O., Martens, S., Thanou, P., Sourkouni, G., & Argirusis, C. (2012). Fundamental studies of sonoelectrochemical nanomaterials preparation. Journal of Applied Electrochemistry, 42(9), 763-777. https://doi.org/10.1007/s10800-012-0443-z
https://doi.org/10.1007/s10800-012-0443-z
4. Hihn, J. Y., Doche, M. L., Hallez, L., Taouil, A. E., & Pollet, B. G. (2018). Sonoelectrochemistry: both a tool for investigating mechanisms and for accelerating processes. The Electrochemical Society Interface, 27(3), 47. https://doi.org/10.1149/2.F05183if
https://doi.org/10.1149/2.F05183if
5. Islam, M. H., Paul, M. T., Burheim, O. S., & Pollet, B. G. (2019). Recent developments in the sonoelectrochemical synthesis of nanomaterials. Ultrasonics sonochemistry, 59, 104711. https://doi.org/ 10.1016/j.ultsonch.2019.104711
https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.104711
6. Zhu, J., Liu, S., Palchik, O., Koltypin, Y., & Gedanken, A. (2000). Shape-controlled synthesis of silver nanoparticles by pulse sonoelectrochemical methods. Langmuir, 16(16), 6396-6399. https://doi.org/ 10.1021/la991507u
https://doi.org/10.1021/la991507u
7. Socol, Y., Abramson, O., Gedanken, A., Meshorer, Y., Berenstein, L., & Zaban, A. (2002). Suspensive electrode formation in pulsed sonoelectrochemical synthesis of silver nanoparticles. Langmuir, 18(12), 4736-4740. https://doi.org/10.1021/la015689f
https://doi.org/10.1021/la015689f
8. Jiang, L. P., Wang, A. N., Zhao, Y., Zhang, J. R., & Zhu, J. J. (2004). A novel route for the preparation of monodisperse silver nanoparticles via a pulsed sonoelectrochemical technique. Inorganic Chemistry Communications, 7(4), 506-509. https://doi.org/10.1016/ j.inoche.2004.02.003
https://doi.org/10.1016/j.inoche.2004.02.003
9. Liu, Y. C., & Lin, L. H. (2004). New pathway for the synthesis of ultrafine silver nanoparticles from bulk silver substrates in aqueous solutions by sonoelectrochemical methods. Electrochemistry communications, 6(11), 1163-1168. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2004.09.010
https://doi.org/10.1016/j.elecom.2004.09.010
10. Tang, S., Meng, X., Lu, H., & Zhu, S. (2009). PVP-assisted sonoelectrochemical growth of silver nanostructures with various shapes. Materials Chemistry and Physics, 116(2-3), 464-468. https://doi.org/10.1016/ j.matchemphys.2009.04.004
https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2009.04.004
11. Kuntyi, O., Shepida, M., Sozanskyi, M., Sukhatskiy, Y., Mazur, A., Kytsya, A., & Bazylyak, L. (2020). Sonoelectrochemical Synthesis of Silver Nanoparticles in Sodium Polyacrylate Solution, 11(4), 12202-12214. https://doi.org/10.33263/BRIAC114.1220212214
https://doi.org/10.33263/BRIAC114.1220212214
12. Pollet, B. G. (2010). The use of ultrasound for the fabrication of fuel cell materials. International Journal of Hydrogen Energy, 35(21), 11986-12004. https://doi.org/ 10.1016/j.ijhydene.2010.08.021
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.08.021
13. Cheon, J. Y., Kim, S. J., Rhee, Y. H., Kwon, O. H., & Park, W. H. (2019). Shape-dependent antimicrobial activities of silver nanoparticles. International journal of nanomedicine, 14, 2773. https://doi.org/10.2147/IJN.S196472
https://doi.org/10.2147/IJN.S196472
14. Mozaffari, S., Li, W., Dixit, M., Seifert, S., Lee, B., Kovarik, L., ... & Karim, A. M. (2019). The role of nanoparticle size and ligand coverage in size focusing of colloidal metal nanoparticles. Nanoscale Advances, 1(10), 4052-4066. https://doi.org/10.1039/C9NA00348G
https://doi.org/10.1039/C9NA00348G
15. Kuntyi, О. І., Kytsya, А. R., Mertsalo, I. P., Mazur, А. S., Zozula, G. І., Bazylyak, L. I., & Тоpchak, R. V. (2019). Electrochemical synthesis of silver nanoparticles by reversible current in solutions of sodium polyacrylate. Colloid and Polymer Science, 297(5), 689-695. https://doi.org/10.1007/s00396-019-04488-4
https://doi.org/10.1007/s00396-019-04488-4
16. Kuntyi, O., Mazur, A., Kytsya, A., Karpenko, O., Bazylyak, L., Mertsalo, I., & Prokopalo, A. (2020). Electrochemical synthesis of silver nanoparticles in solutions of rhamnolipid. Micro & Nano Letters, 15(12), 802-807. https://doi.org/10.1049/mnl.2020.0195
https://doi.org/10.1049/mnl.2020.0195
17. Kuntyi, O. I., Kytsya, А. R., Bondarenko, A. B., Mazur, А. S., Mertsalo, I. P., & Bazylyak, L. I. (2021). Microplasma synthesis of silver nanoparticles in PVP solutions using sacrificial silver anodes. Colloid and Polymer Science, 1-9. https://doi.org/10.1007/s00396-021-04811-y
https://doi.org/10.1007/s00396-021-04811-y
18. Malina, D., Sobczak-Kupiec, A., Wzorek, Z., & Kowalski, Z. (2012). Silver nanoparticles synthesis with different concentrations of polyvinylpyrrolidone. Digest Journal of Nanomaterials & Biostructures, 7(4).
https://doi.org/10.1049/mnl.2012.0415
19. Yin, B., Ma, H., Wang, S., & Chen, S. (2003). Electrochemical synthesis of silver nanoparticles under protection of poly (N-vinylpyrrolidone). The Journal of Physical Chemistry B, 107(34), 8898-8904.https://doi.org/10.1021/jp0349031
https://doi.org/10.1021/jp0349031
20. Zhang, Z., Zhao, B., & Hu, L. (1996). PVP protective mechanism of ultrafine silver powder synthesized by chemical reduction processes. Journal of Solid State Chemistry, 121(1), 105-110. https://doi.org/ 10.1006/jssc.1996.0015
https://doi.org/10.1006/jssc.1996.0015
21. Okitsu, K., & Cavalieri, F. (2018). Synthesis of metal nanomaterials with chemical and physical effects of ultrasound and acoustic cavitation. In Sonochemical Production of Nanomaterials, pp. 19-37. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-96734-9_2
https://doi.org/10.1007/978-3-319-96734-9_2