Магнитные наночастицы: проблемы и достижения химического синтеза
Страница 15

Как было показано на некоторых примерах, метод обратных и прямых мицелл позволяет получать довольно широкий набор монодисперсных наночастиц магнитных материалов различной структуры, формы, и магнитных свойств. Использование боргидрида натрия как восстанавливающего агента делает возможным получение моно- и биметаллических наночастиц, однако не следует забывать, что ввиду комплексности процессов восстановления ионов металлов боргидрид анионом (BH4-) в составе наночастиц всегда в том или ином виде присутствует бор [45], наличие которого может сказаться на магнитных свойствах продукта. Количество бора и соединения в виде которых он присутствует в наночастицах (например борид металла MexBy, B2O3) во многом зависит от условий проведения эксперимента – инертная атмосфера или воздух, дэаэрированные реактивы или нет и т.п., что требует от экспериментатора особой тщательности в подготовке и проведении эксперимента и в известной степени затрудняет воспроизводимость результатов.

Синтез оксидных наночастиц в обратных мицеллах можно осуществлять и без использования борсодержащих восстанавливающих веществ, а сами мицеллы генерировать под воздействием ультразвука, что на примере получения наночастиц ZnFe2O4диаметром 4 и 12 нм в системе рапсовое масло/вода продемонстрировано в работе [129]. Возможность использования коммерчески доступных и дешевых растительных масел позволяет серьезно уменьшить стоимость проведения эксперимента, что делает его привлекательным для внедрения в промышленность.

3. ТЕРМОЛИЗ

У каждого из рассмотренных методов получения магнитных наночастиц существуют ограничения, сужающие возможности синтеза наночастиц. В силу электростатических, ионных и других взаимодествий, присутствие воды в реакционных системах существенно осложняет контроль степени монодисперсности наночастиц, и как видно из примеров, управлять процессами нуклеации и роста наночастиц можно добавляя дополнительные стабилизирующие вещества и используя двухфазные системы. Наиболее гибким и эффективным в настоящее время методом получения магнитных наночастиц в растворах является термолиз металлсодержащих соединений в высококипящих некоординирующих растворителях в присутствии стабилизирующих веществ [40, 90, 91, 147]. Как было отмечено, широкое распространение и последующее развитие этот метод получил после успешной адаптации технологии синтеза полупроводниковых наночастиц на магнитные материалы. Сначала это были наночастицы кобальта, полученные методом впрыскивания раствора карбонила в нагретую смесь поверхностно-активных веществ [32, 133] и наночастицы оксидов ?-Fe2O3 и Mn3O4, полученные впрыскиванием раствора соответствующего купфероната в аналогичный горячий раствор [113], а позже сплав FePt[132] приготовленный из Pt(acac)2 и Fe(CO)5с использованием 1,2-гексадекандиола в качестве дополнительного восстанавливающего агента. В настоящее время можно выделить три группы методов получения магнитных наночастиц в органических растворителях при высокой (180-360 оС) температуре, приводящих к получению металлических или оксидных наночастиц магнитных материалов с высокой степенью монодисперсности (разброс по размерам <5%): I) метод впрыскивания раствора металлорганического соединения с низкой температурой разложения в нагретый раствор, содержащий смесь поверхностно-активных веществ [81], в результате «быстрого» термолиза приводящий к получению наночастиц; II) восстановление металлсодержащих соединений (ацетатов, формиатов и ацетилацетонатов металлов) при помощи длинноцепных (С1418) многоатомных спиртов или аминов [28]; III) терморазложение солей жирных кислот (олеатов, стеаратов, миристиатов) в высококипящих углеводородах (октадецен, тетракозан, эйкозан, гептадекан и т.д.) [98, 155]. Методом Iудобно пользоватья для приготовления монометаллических наночастиц, например никеля [96], железа [100] и кобальта [86] различной кристаллической структуры и формы [144], с размерами в пределах от 3-х до 10-ти нм. Для приготовления биметаллических наночастиц метод подходит в том случае, когда имеется подходящий гетерометаллорганический прекурсор или используется смесь металлорганических соединений. Так, впрыскиванием смеси карбонилов железа и молибдена в раствор октилового эфира, содержащего октановую кислоту и/или бис-2-этилгексиламин в качестве поверхностно-активных веществ, при 280 оС были получены наночастицы состава FeMo, диаметром от 3 до 14 нм [67], которые оказались эффективным катализатором роста одностенных углеродных нанотрубок. Контролируемым окислением на воздухе металлических наночастиц, образовавшихся после инжектирования, можно добиться получения бислойных наночастиц, как это продемонстрировано на примере 13 нм сферических наночастиц Ni@NiO[63]. В методе II спектр получаемых материалов гораздо шире, от наночастиц металлов, оксидов – NiO [44], Fe3O4 [68], CoO [119], MnO [68], до биметаллических – FePt[134], MnPt3 [61], FeCo [21] и триметаллических – FexCoyPt100-x-y[23] наночастиц, ферритов – CoFe2O4, NiFe2O4 и бислойных core-shell наночастиц, как например FePt@Fe3O4 [157]. Разложение солей жирных кислот (группа методов III) – относительно новый экспериментальный подход, привлекший внимание исследователей возможностью прецизионно контролировать размер получаемых наночастиц. Например, в [97] продемонстрирован синтез сферических наночастиц Fe3O4с размерами 4, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 13 и 15 нм из олеата железа (II). Термолизом соответствующих солей лауриновой, пальмитиновой и олеиновой кислот в октадецене при 300-380 оС получены наночастицы магнитных оксидов никеля (NiO, форма треугольной призмы со сторонами 20-25 нм), марганца (MnO, сферические диаметром 5 нм, и кубической формы, со стороной 10 нм), хрома (Cr2O3, форма треугольной призмы со сторонами 20 нм), кобальта (Co3O4, форма пятиугольной призмы со сторонами 18-22 нм) и железа (?-Fe2O3, 8-30 нм) [54]. Термолиз смеси олеатов М2+ (M= Co, Ni, Mn, Fe) и олеата железа (III) в октадецене-1 при 300 оС приводит к получению кубических по форме наночастиц соответствующих ферритов MFe2O4размерами от 9 до 24 нм с высокой степенью монодисперсности [12]. Серьезным преимуществом данного метода перед остальными является возможность производить за один эксперимент наночастицы в количествах до 40 грамм [98].

Другие статьи из раздела

Химическая индустрия Китая и Тайваня: грядут перемены

На встрече представителей ряда стран, прошедшей в Женеве, после 15 лет безуспешных переговоров достигнуто соглашение - Китай и Тайвань станут членами ВТО. Обсуждение вопросов, касающихся вступления Китая и Тайваня в...


Порошки, которые идут к нам: чем грозит большая стирка?

... срывы, раздражение кожных покровов – это следствие применения стирального порошка той или иной марки? И не прочтете. Потому что если бы вступили в действие новые стандарты на стиральные порошки и моющие средства, 95% продукции бытовой химии...


065 Tb Тербий

Тербий ТЕРБИЙ (лат. terbium, от названия шведского селения Ytterby, где был найден минерал иттербит), Tb (читается «тербий»), химический элемент с атомным номером 65, атомная масса 158,9254....