Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Серебряные нанонити (А), плавно превращающиеся в золотые нанотрубки (B,C,D - последовательно)
Процесс превращения с большей детализацией в пространстве и времени.
Черными стрелками указаны места разделения нанонити на две, синими - отверстия в оболочке нанотрубки, сквозь которые идет вымывание растворяемого серебра
Схема микроскопа для наблюдения процесса in situ
Схема травления тонких и толстых нанонитей

Меняем серебро на золото ... нанонитями

Ключевые слова:  гальваническое замещение, нанонити, нанотрубки, рентгеновская микроскопия

Опубликовал(а):  Чепиков Всеволод Николаевич

16 сентября 2011

Иногда требуется получить наноструктуры, полые изнутри. И если углеродные нанотрубки сами собой растут полыми, то для получения полых металлических наноструктур: нанотрубок или “клеток” (то есть оболочек кубика) - приходится повозиться. К счастью, уже существует технология так называемого гальванического замещения, делающая это возможным. Идея ее проста и понятна: изготовляется шаблонная сплошная наноструктура из более активного металла и помещается в раствор менее активного металла. После этого активный металл постепенно окисляется и растворяется, а на его поверхности растет слой менее активного металла, восстанавливающегося из раствора. И так происходит, пока более активный металл внутри наноструктуры не растворится полностью.

Группа американских ученых выращивает таким способом полые нанотрубки золота с использованием сплошных нанонитей серебра. В качестве прекурсора золота они используют раствор HAuCl4, постепенно окисляющий серебро, согласно уравнению:

3Ag + AuCl4- --> 3Ag+ + 4Cl- + Au

Казалось бы, ион серебра с ионом хлора должны образовывать твердые частицы хлорида серебра, но этого не происходит, так как концентрация ионов серебра мала и произведение растворимости AgCl не превышается.

Для изучения механизма протекания процесса исследователи следили за ним in situ при помощи просвечивающего рентгеновского (!) микроскопа. (Применение просвечивающего электронного микроскопа в данном случае невозможно из-за чрезмерного поглощения электронов раствором, а тонкий слой раствора не позволит свободно протекать гальваническому замещению).

Удалось обнаружить, что растворение серебра начинается в районе дефектов нанонити, видимых в качестве ямок на ее поверхности. Это связано с тем, что там кристаллическая решетка искажена и атомы обладают дополнительной энергией. Тонкие нанонити при этом могут фрагментироваться, что приводит к получению отдельных кусков нанотрубок. В случае более толстых нанонитей, получается сплошная протяженная нанотрубка, а дефект на этом месте впоследствии (после полного растворения серебра) заращивается.


Источник: Nano Letters



Комментарии
Юный максималист, 16 сентября 2011 19:51 
Интересно, а произведение растворимости не превышается даже у поверхности растворяющегося серебра?
Владимир Владимирович, 17 сентября 2011 14:36 
Растворы обычно порядка 10-5 М. Плюс у поверхности комплексанты/стабилизаторы серебра. Плюс идет редокс.

Такие вот факторы тому, что вроде как никто не замечал, что образование хлорида серебра - существенный фактор.

(Я тоже весьма удивлялся про это)
ПР зависит от дисперсности материала. Так что может и не превышается. Кроме того, возможно образование тетрахлораурата серебра.
Владимир Владимирович, 17 сентября 2011 14:43 

Произведение растворимости - термодинамическая(!) четко заданная константа.
Растворимость собственно зависит.
Ни растворимость, ни ПР от дисперсности не зависит - только кинетика (скорость растворения).
Про концентрации у них написано: According to the stoichiometric relationship in eq. (1), the maximum concentration of Cl- ions is (4/3)[Ag+] = 1.3x10-6 mol/L. The product of the maximum concentrations of Ag+ and Cl- ions is (9.7x10-7) x (1.3x10-6) = 1.3x10-12, that is more than 100 times lower than the solubility product constant (i.e., 1.77x10-10) of AgCl at 25 oC
Владимир Владимирович, 18 сентября 2011 02:50 
Растворимость зависит от дисперсности, так как в химическом потенциале должна учитываться энергия поверхности (не малая для малых частиц), плюс в реальной жизни фактором является то, что сидит на поверхности
Владимир Владимирович, Вы (как всегда) правы :)
Действительно, по закону Оствальда растворимость зависит от кривизны поверхности :)
Владимир Владимирович, термодинамическое ПР - это типа сферического коня в вакууме. Жёстко оговорены растворитель, температура, давление. Предполагается полная диссоциация и отсутствие комплексообразования и гидролиза. Не учитываются посторонние ионы. (То есть можно пользоваться активностями ионов, но обычно этого не делают).
В реальной практике - это уже никакая не константа.
Владимир Владимирович, 20 сентября 2011 15:53 
Александр Ринатович,
ПР четко определены, табулированы, удобны и практически - прекрасная отправная точка - точка опоры для свершений (а не сферический вакуум, от которого практическая польза эквивалентна дырке от бублика).
Кстати, все параметры упомянутые Вами выше параметры можно учесть, если нужно.

И конкретный пример из реальной жизни: в страшном компоте с лигандами, комплексантами, серебро все равно осаждается хлоридом разумно близко к ПР.
Владимир Владимирович,
как раз с галогенидами серебра не всё так просто :(
Вот, например, какая будет концентрация [Ag+] в растворе, содержащем (например) 1 М NaCl и 1 мМ AgNO3? ПРAgCl = 1.8*10-10
Владимир Владимирович, 21 сентября 2011 05:06 
Александр Борисович,
да в жизни многое не так просто :(
Как Вы абсолютно справедливо подразумеваете, не только для галогенидов серебра, но и большинства систем, при большом избытке одного из ионов, особенно лигандов (как в случае хлорида) - необходимо рассматривать равновесия, связанные с образованием комплексов, часто весьма разнообразных.
Термодинамическое описание, конечно, становится математически намного сложнее, но в случае галoгенидов серебра разумно изучено для подсчетов.

В наших "компотах" хлорид редко в избытке
---
Кстати, все параметры упомянутые Вами выше параметры можно учесть, если нужно.
---

Можно, конечно.
Я таким ещё в школе баловался. Дело нехитрое, но исключительно занудное и решаемое только подбором. Поневоле начинаешь ценить практические графики растворимости.
Владимир Владимирович, 17 сентября 2011 14:38 
Автору заметки вопрос на раздумье - почему эту статью опубликовали в НЛ? Что там уникального? (И соответствует ли это (суть) анонсу заметки?)

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

ВОПГ (HOPG)
ВОПГ (HOPG)

Крабовый панцирь побеждает грязную нефть
Химики МГУ разработали уникальную люминесцентную методику определения маркеров «грязной нефти» (дибензотиофенов) с использованием селективной сорбции в оптически прозрачных материалах на основе сшитых гелей хитозана.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Броуновское движение скирмионов.Растягиваем графен правильно. Красное вино, кофе и чай помогают создавать материалы для гибкой носимой электроники. Металлическая природа кремния и углерода.

К 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире
Эксперты отметили рост числа научных публикаций отечественных ученых и сообщили, что к 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире по публикационной активности.
27 – 29 ноября в рамках юбилейных мероприятий Химического факультета МГУ и торжественной церемонии закрытия Международного года Периодической таблицы химических элементов эксперты подвели итоги 2019 г.

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.