Κατεύθυνση Χημεία και Τεχνολογία Περιβάλλοντος
Βιβλιοθήκη Σχολής Θετικών Επιστημών

2020-10-21

2020

Κουρσάρη Στεφανία

Εμμανουήλ Δασενάκης, Καθηγητής, Τμήμα Χημείας, ΕΚΠΑ
Τριάντης Θεόδωρος, Ερευνητής Β’, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ»
Αναστασια Χισκιά, Ερυνήτρια Α’, ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ»

ΣΥΝΘΕΣΗ, ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ

Ελληνικά

ΣΥΝΘΕΣΗ, ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ

Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας μελετήθηκε (i) η φωτοχημική σύνθεση
νανοσωματιδίων αργύρου και χρυσού, (ii) η σταθερότητά τους σε συνθήκες αέρα,
οξυγόνου και αζώτου και (iii) ο χαρακτηρισμός τους. Για τη φωτοχημική σύνθεση των
νανοσωματιδίων χρησιμοποιήθηκε μία μέθοδος που έχει αναπτυχθεί στο Εργαστήριο του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» η οποία είναι φιλική προς το περιβάλλον αφού η διεργασία
πραγματοποιείται σε νερό, ένα μη τοξικό διαλύτη, σε θερμοκρασία περιβάλλοντος με
μόνο παραπροϊόν τα προϊόντα οξείδωσης του υποστρώματος. Ως φωτοκαταλύτης /
σταθεροποιητής χρησιμοποιείται μία πολυοξομεταλλική ένωση. Η μέθοδος που
ακολουθήθηκε περιλαμβάνει τη διέργερση των πολυοξομεταλλικών ένωσεων με
απορρόφηση ακτινοβολίας στην υπεριώδη – εγγύς ορατή περιοχή του φάσματος, όπου
παρουσία ενός κατάλληλου υποστρώματος δότη ηλεκτρονίων μπορούν να αναχθούν
φωτοχημικά. Η ανηγμένη μορφή των πολυοξομεταλλικών ενώσεων ανάγει διάφορα
μεταλλικά ιόντα οδηγώντας στο σχηματισμό των μεταλλικών νανοσωματιδίων τα οποία
σταθεροποιούνται από τις πολυοξομεταλλικές λόγω του αρνητικού τους φορτίου. Επιλογή πολυοξομεταλλικών με κατάλληλα δυναμικά οξειδοαναγωγής και ρύθμιση των
πειραματικών συνθηκών παρέχει την δυνατότητα ρύθμισης του μεγέθους των
παραγόμενων νανοσωματιδίων.
Σε αυτή τη διπλωματκή εργασία έγινε σύνθεση νανοσωματιδίων Ag και Au με χρήση των
ενώσεων AgNO3 και HAuCl4 ως πηγών ιόντων αργύρου και χρυσού, αντίστοιχα.
Χρησιμοποιήθηκε η πολυοξομεταλλική ένωση Na6H2W12O40 δομής Keggin η οποία
παρουσιάζει το χαμηλότερο δυναμικό οξειδοαναγωγής μεταξύ των διαθέσιμων
πολυοξομεταλλικών ενώσεων δομής Keggin και έγινε σύνθεση νανοσωματιδίων με
διεργασία ενός και δυο σταδίων. Μελετήθηκε η επίδραση στο μέγεθος των
σχηματιζόμενων νανοσωματιδίων αλλά και στην σταθερότητά τους παραμέτρων όπως:
η συγκέντρωση της πολυοξομεταλλικής και των ιόντων μετάλλου, ο ρυθμός αναγωγής
της πολυοξομεταλλικής, η διατήρηση των νανοσωματιδίων σε ατμόσφαιρα αέρα, αζώτου ή οξυγόνου και η άνοδος της θερμοκρασίας. Τόσο τα νανοσωματίδια Ag όσο και Au που συντίθεται με την συνθετική πορεία ενός σταδίου έχουν μεγαλύτερο μέγεθος σε σχέση με αυτά που παρασκευάζονται με πορεία δυο σταδίων.
Στην περίπτωση σύνθεσης νανοσωματιδίων Au σε δύο στάδια μελετήθηκε η επίδραση
παραμέτρων όπως η συγκέντρωση ισοπροπανόλης, ανηγμένης πολυοξομεταλλικής και
χλωροχρυσικού οξέος. Διαπιστώθηκε ότι ο διπλασιασμός της συγκέντρωσης
ισοπροπανόλης δεν επηρεάζει τα παραγόμενα νανοσωματίδια. Αντίθετα, διπλασιασμός
της συγκέντρωσης ανηγμένης πολυοξομεταλλικής με παράλληλη μείωση της
συγκέντρωσης χλωροχρυσικού οξέος οδηγεί στο σχηματισμό μικρότερων σωματιδίων
καθώς επιταχύνεται ο ρυθμός αναγωγής των ιόντων χρυσού με συνέπεια να
σταθεροποιούνται τα ΝΣ σε μικρότερα μεγέθη.
Ακόμη, εξετάστηκε η σταθερότητα των νανοσωματιδίων κατά την παραμονή τους σε
περιβάλλον αέρα, οξυγόνου και αζώτου. Στην περίπτωση με σύνθεση ενός σταδίου
παρατηρούμε ότι η παραμονή τους σε περιβάλλον αέρα έχει ως αποτέλεσμα την σταδιακή συσσωμάτωσή τους - αμέσως μετά την έκθεσή τους σε περιβάλλον αέρα και
ολοκηρώνεται σε διάστημα 21 ημερών - και τελικά την καταστροφή τους. Στην
περίπτωση νανοσωματιδίων Ag που συντίθενται με πορεία δύο σταδίων παρατηρούμε
ότι έχουμε πλήρη καταστροφή τους σε διάστημα 3 ημερών. Σε περιβάλλον καθαρού
οξυγόνου παρατηρείται παρόμοια συμπεριφορά με καταστροφή των νανοσωματιδίων
μετά από μερικές ώρες.
Στην περίπτωση του χρυσού μελετήθηκε η σταθερότητα σε περιβάλλον αέρα
νανοσωματιδίων που παρασκευάσθηκαν με συνθετική πορεία ενός και δυο σταδίων.
Στην πρώτη περίπτωση διαπιστώθηκε πλήρη καταστροφή τους μετά από 1 ημέρα
έκθεσής τους σε περιβάλλον αέρα.
Τα ΝΣ Au που συντίθεται με πορεία δυο σταδίων εμφανίζουν αύξηση της απορρόφησής
τους μετά την έκθεσή τους σε περιβάλλον αέρα και ταυτόχρονη μετατόπιση της
χαρακτηριστικής κορυφής απορρόφησης προς τα δεξιά (red shift). Παρόμοια είναι η
συμπεριφορά των ΝΣ Au και όταν εκτίθεται σε περιβάλλον οξυγόνου χωρίς να
παρατηρείται επιτάχυνση των φαινομένων.
Σε περιβάλλον αζώτου φαίνεται να επιτυγχάνεται η μεγαλύτερη σταθερότητα των ΝΣ Au
καθώς παραμένουν αρκετά σταθερά για διάστημα μεγαλύτερο των 23 ημερών. Για ΝΣ Au
που παρασκευάσθηκαν με τριπλάσια συγκέντρωση ανηγμένης ΠΟΜ και συγκέντρωση
τετραχλωροχρυσικού οξέος ίση με το ένα τρίτο αυτής που χρησιμοποιήθηκε για όλα τα
υπόλοιπα πειράματα - και παρέμειναν σε περιβάλλον αζώτου - διαπιστώθηκε η
δημιουργία συσσωματωμάτων νανοσωματιδίων χρυσού με μεγαλύτερο μέγεθος.
Ακόμη μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας σε ΝΣ Ag και διαπιστώθηκε ότι η
παραμονή των σωματιδίων σε αυξημένη θερμοκρασία έχει ως αποτέλεσμα την
μετατόπιση της χαρακτηριστικής κορυφής απορρόφησης προς τα αριστερά (blue shift) με ταυτόχρονο περιορισμό του εύρους της. Τέλος, για επιλεγμένα δείγματα έγινε προσδιορισμός του μεγέθους των νανοσωματιδίων
και της μορφολογίας τους με χρήση εικόνων που ελήφθησαν με τεχνικές ηλεκτρονικής
μικροσκοπίας σάρωσης (SEM) και διέλευσης (TEM) και παρατηρήθηκε πως η
πλειοψηφία των νανοσωματιδίων έχουν μέγεθος 30 – 45 nm.

Θετικές Επιστήμες

Πολυοξομεταλλική ένωση, Νανοσωματίδια αργύρου, Νανοσωματίδια χρυσού, Φωτοκατάλυση, Σταθερότητα

Όχι

0

Ναι

227

139

Δεν επιτρέπεται η πρόσβαση στο αρχείο. H πρόσβαση επιτρέπεται μόνο εντός του δικτύου του ΕΚΠΑ.

https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/2925687