Рост нанокристаллов золота в смеси первичных спиртов

Abstract

Досліджено процес утворення і росту нанокристалів золота у неводному середовищі. Встановлено, що формування нанокристалів відбувається за температури 80 ± 1ºС із атомів золота, що утворилися в результаті хімічного відновлення прекурсора (золотохлористоводневої кислоти) у суміші етиленгліколю і етилового спирту в присутності полівінілпіролідону (ПВП), який відіграє роль стабілізатора. Методами ТЕМ, СЕМ і оптичної мікроскопії показано, що утворені кристали мають форму плоских нанопризм (НПр) з гексагональною чи трикутною основою. Товщина НПр знаходиться у діапазоні нанорозмірів. Монокристалічність НПр підтверджено методами електронної дифракції і рентгеноструктурного аналізу. Методом рентгенофазового аналізу показано, що нанокристали золота не мають домішок інших атомів. Експериментально знайдено параметри синтезу (співввідношення HAuCl4 і ПВП, етанолу і етиленгліколю, час і температура), які дозволяють одержувати НПр з лінійними розмірами від десятків нанометрів до десятків мікрон. Обговорюються можливі механізми росту кристалів та вплив на їх морфологію ПВП-стабілізатора. Методом мікрораманівської спектроскопії показано, що взаємодія молекул стабілізатора з поверхнею кристалів відбувається через С=О і C-N групи піролідонового кільця полівінілпіролідону.

Исследован процесс образования и роста нанокристаллов золота в неводной среде. Установлено, что формирование нанокристаллов происходит при температуре 80 ± 1 ºС из атомов золота, образующихся в результате химического восстановления прекурсора (золотохлористоводородной кислоты) в смеси этиленгликоля и этилового спирта в присутствии поливинилпирролидона (ПВП), выступающего в роли стабилизатора. Методами ТЭМ, СЭМ и оптической микроскопии показано, что образующие- ся кристаллы имеют форму плоских нанопризм (НПр) с гексагональным или треугольным основанием. Толщина НПр находится в диапазоне наноразмеров. Монокристалличность НПр подтверждена методами электронной дифракции и рентгеноструктурного анализа. Методом рентгенофазового анализа показано, что нанокристаллы золота не имеют примесей инородных атомов. Экспериментально найдены параметры синтеза (соотношения HAuCl4 и ПВП, этанола и этиленгликоля, время и темпе- ратура), позволяющие получать НПр с линейными размерами от десятков нанометров до десятков микрон. Обсуждаются возможные механизмы роста кристаллов и влияние на их морфологию ПВП- стабилизатора. Методом микрорамановской спектроскопии показано, что взаимодействие молекул стабилизатора с поверхностью кристаллов происходит за счет С=О и C-N групп пирролидонового кольца поливинилпирролидона.

The process of gold nanocrystals formation and growth in non-aqueous medium had been studied. The formation of the nanocrystals takes place at the temperature of 80 ± 1 ºС from gold atoms produced as a result of chemical reduction of the precursor (chloroauric acid) in a mixture of ethylene glycol and ethanol in the presence of polyvinylpyrrolidone (PVP) acting as a stabilizer. It had been demonstrated by TEM, SEM and optical microscopy that the crystals formed are in the form of flat nanoprisms (NP) with hexagonal or triangular base. These NP have thickness in the nanoscale range. Monocrystallinity of the NP had been confirmed by electron diffraction and X-ray analysis. The X-ray analysis testifies that gold nanocrystals have no foreign atom impurities. The experimentally determined parameters of synthesis (HAuCl4 and PVP, ethanol and ethylene glycol ratios, time and temperature) allow to obtain the NP with the linear dimensions of tens of nanometers to tens of microns. Possible mechanisms of crystal growth and the impact of PVP stabilizer on their morphology are discussed. It had been demonstrated by micro-Raman spectroscopy that the interaction of the stabilizer molecules with the crystals surface is due to the C=O and CN groups of the pyrrolidone ring of PVP.