Введение к работе
Актуальность темы. Исследования систем с ультрамалыми частицами серебра и золота в виде коллоидов, высокодисперсных порошков и нанесенных фаз проводятся давно, но в настоящее время они выходят на новый уровень в связи с задачами современных технологий получения селективных катализаторов, адсорбентов, сенсоров, нелинейно-оптических сред и биологически активных агентов. Состав, размер, форма, распределение частиц, их активность зависят от метода получения, типа стабилизации и внешних воздействий. Существенным фактором стабильности является взаимодействие наночастиц /НЧ/ с адсорбированными молекулами. Поэтому нуждаются в дальнейшем изучении кинетика и механизм образования наночастиц, условия формирования частиц заданного размера, их структурная организация. Нерешенной задачей остаётся определение числа и типа дефектов на поверхности НЧ, влияние низких температур на свойства НЧ и устойчивость дисперсии в целом. Мало изучены адсорбционные свойства дисперсных систем (биметаллов в жидкой фазе и на носителях).
Мономеры акрилового ряда применяются для стабилизации частиц благородных металлов, но характер их взаимодействия, формы адсорбции и влияние на дисперсность и дефектность НЧ не изучены.
Оптическая спектроскопия наночастиц один из самых информативных методов для решения поставленных проблем. Детальный теоретический анализ плазмонных спектров наночастиц редко используется для описания процессов на их поверхности, поэтому его применение и развитие открывает новые возможности для детализации адсорбционных и каталитических явлений с участием наночастиц.
Цель и задачи исследования.
Цель работы - исследовать дисперсность и дефектность поверхности частиц металлоколлоидов серебра и золота при синтезе, низкотемпературных обработках и взаимодействии с кислотами акрилового ряда, а также особенности адсорбционной и антибактериальной активности систем Ag, Au, AgAu/носитель.
Задачи исследования:
І.Спектрокинетическим методом исследовать процесс формирования наночастиц Ag, Au и Ag-Au в полярной и неполярной средах;
Установить влияние низкотемпературных обработок (криообработок) на состояние частиц гидрозолей;
Определить влияние введения в гидрозоли Ag, Au и Ag-Au мономеров акриловых кислот на дисперсность и дефектность поверхности наночастиц;
Получить характеристики адсорбции акриловых кислот на образцах Ag, Au и Ag-Au с различными носителями и проанализировать формы адсорбции методами квантовой химии.
Тестировать антимикробные свойства систем с Ag, Au, Ag-Au на примере E-coli.
Научная новизна. Спектральным методом обнаружен автоколебательный режим образования наночастиц при синтезе коллоидов серебра и золота. Установлено, что после криообработки коллоидов Ag и Au увеличивается дефектность поверхности частиц, что инициирует их агрегацию. Изучена кинетика криоагрегации и дефектооразования и предложен туннельный механизм. Показано, что адсорбция акриловых кислот приводит к изменениям дисперсности и
дефектности частиц Ag и Au гидрозолей. Определены порядки и константы скорости этих процессов, в которых выявлены различные формы адсорбции. При высоких концентрациях образуются адсорбционные комплексы высокой кратности.
Установлено, что форма изотерм адсорбции акриловых кислот из водных растворов на нанесённых образцах Ag, Au и Ag-Au зависит от природы носителя (углеволокно, Si02, ТЮ2). Обнаруженное для Ті02 увеличение адсорбции с ростом температуры объяснено с учетом результатов квантово-химических расчетов переориентацией молекул в поверхностном слое. Эндотермический эффект адсорбции зависит от состава и состояния нанесённой фазы.
Показано, что константы скорости биосорбции E-coli частицами золей, уменьшаются в ряду Ag > Ag-Au > Au-Ag > Au. Получены и исследованы образцы серебросодержащих акрилатных цементов. Установлено, что при контакте жидкой фазой (вода и 0,9% раствор NaCl) они являются источником наночастиц Ag, концентрация которых зависит от соли-прекурсора и состава жидкой фазы.
Практическая значимость. Синтез и полученные характеристики органозолей Ag и систем Ag(Au)/HOCHTeflb с антимикробными добавками могут быть использованы для разработки лакокрасочных дисперсий и фильтрующих устройств. Установлен синергетнческий эффект антибактериальной активности в бинарной коллоидной системе Ag-Au с пониженной концентрацией Ag. Методика модифицирования материалов медицинского назначения (ТЮ2 и костный цемент) серебром и золотом представляет интерес при использовании биосовместимых титановых протезов и цементов для травматологии.
Апробация. Результаты работы были представлены на 11 всероссийских и 9 международных конференциях, семинарах, симпозиумах: XXXIX-XLI Всероссийских конференциях РУДН (2003-2009); 5 - Всероссийских семинарах "Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции" (Иваново-Плес, 2004-2008); X Международной конференции «Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии» (Москва, 2006); ХІ-ХІІІ Всероссийских симпозиумах с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности» (Москва-Клязьма, 2007-2009); на II Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 130-летию Белгородского государственного университета «Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья» (Белгород, 2006); XI Polish-Ukrainian Symposium and Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and Their Technological Applications (Польша, 2007); на IX Всеукраинской конференции студентов и аспирантов «Современные проблемы химии» (Киев, 2008); III международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике (МГУ, 2008), Sviridov Readings 2010, 5th International Conference on Chemistry and Chemical Education (Белоруссия, Минск, 2010).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 24 работы, в том числе 3 статьи в центральной печати, 1 статья в сборнике и 20 тезисов конференций.
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 170 страницах, состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, списка цитируемой литературы из 253 наименований и приложения; содержит 49 рисунков и 33 таблицы.
