Kinetic Regularities of Nanogold Synthesis. Auto-Catalytic Mechanism of the Process

S. D. Varfolomeev; Варфоломеев С. Д.; V. N. Kalinichenko; Калиниченко В. Н.; Yu. A. Kuznetsov; Кузнецов Ю. А.; I. V. Gachok; Гачок И. В.; S. B. Tsybenova; Цыбенова С. Б.

doi:10.31857/S2686953524040049

Кинетические закономерности синтеза наночастиц золота. Автокаталитический механизм процесса

Авторы: Варфоломеев С.Д.¹^,2, Калиниченко В.Н.², Кузнецов Ю.А.³, Гачок И.В.¹, Цыбенова С.Б.²
Учреждения:
1. Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова
2. Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук
3. ООО “РГ Иркутскгеофизика 3”
Выпуск: Том 517, № 1 (2024)
Страницы: 33-38
Раздел: ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
URL: https://cardiosomatics.ru/2686-9535/article/view/651901
DOI: https://doi.org/10.31857/S2686953524040049
EDN: https://elibrary.ru/YDXXPO
ID: 651901

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Работа посвящена исследованию кинетики образования коллоидного золота. На основе экспериментальных данных разработана кинетическая модель, включающая стадии восстановления Au³⁺ и Au¹⁺ с образованием наночастиц металлического золота. Кинетической особенностью процесса является наличие длительного периода индукции (несколько часов), при этом наблюдается увеличение периода индукции при увеличении концентрации исходного реагента (Au³⁺). Кинетическое моделирование показывает, что период индукции определяется процессом обратного окисления Au⁰ с промежуточным образованием одноэлектронного окисленного золота. Принципиальным результатом является демонстрация факта ускорения процесса образования наночастиц золота (уменьшение периода индукции) при введении в систему конечного продукта (Au⁰), что является однозначным признаком автокаталитического процесса. Сделаны оценки констант скоростей всех элементарных стадий реакции и установлено, что самым медленным процессом является первая стадия восстановления Au³⁺.

Ключевые слова

коллоидное золото, кинетическая модель, автокатализ, наночастицы золота, динамика процесса

Полный текст

Об авторах

С. Д. Варфоломеев

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова; Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук

Email: s.tsybenova@gmail.com

Член-корреспондент РАН, Институт физико-химических основ функционирования сети нейронов и искусственного интеллекта, химический факультет

Россия, 119991 Москва; 119334 Москва

В. Н. Калиниченко

Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук

Email: s.tsybenova@gmail.com
Россия, 119334 Москва

Ю. А. Кузнецов

ООО “РГ Иркутскгеофизика 3”

Email: s.tsybenova@gmail.com
Россия, 664039 Иркутск

И. В. Гачок

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова

Email: s.tsybenova@gmail.com

химический факультет

Россия, 119991 Москва

С. Б. Цыбенова

Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: s.tsybenova@gmail.com
Россия, 119334 Москва

Список литературы

Faraday M. Experimental researches in chemistry and physics. London, Taylor & Francis, 1859. 496 p.
Сергеев Г.Б. Нанохимия: учеб. пособие. М.: КДУ, 2015. 284 с.
Lo Nigro R., Fiorenza P., Pécz B., Eriksson J. // Nanomaterials. 2022. V. 12. № 19. P. 3319 https://doi.org/10.3390/nano12193319
Апяри В.В., Дмитриенко С.Г., Горбунова М.В., Фурлетов А.А., Золотов Ю.А. // Журн. аналит. химии. 2019. Т. 74. № 1. С. 26‒38. https://doi.org/10.1134/S0044450219010055
Дурович Е.А., Евтушенко Е.Г., Сенько О.В., Степанов Н.А., Ефременко Е.Н., Еременко А.В., Курочкин И.Н. // Вестник РГМУ. 2018. № 6. С. 27–35. https://doi.org/10.24075/vrgmu.2018.088
Варфоломеев С.Д. Молекулярные основы интеллекта. М.: МГУ, 2024. 290 с.
Коршунов А.В., Кашкан Г.В., Нгуен Х.Т.Т., Зыонг Ш.В. // Изв. ТПУ. 2011. Т. 318. № 3. С. 12‒18. http://earchive.tpu.ru/handle/11683/3644
Haruta M. // Gold Bull. 2004. V. 37. P. 27–36. https://doi.org/10.1007/BF03215514
Hutchings G.J. Catalysis by gold: Recent advances in oxidation reactions. In: Nanotechnology in catalysis. Nanostructure science and technology. Zhou B., Han S., Raja R., Somorjai G.A. (eds.). Springer, New York, NY, 2007. pp. 39–54. https://doi.org/10.1007/978-0-387-34688-5_4
Turkevich J., Stevenson P.C., Hillier J. // Discuss. Faraday Soc. 1951. V. 11. P. 55–75. https://doi.org/10.1039/DF9511100055
Polte J., Ahner T.T., Delissen F., Sokolov S., Emmerling F., Thünemann A.F., Kraehnert R. // J. Amer. Chem. Soc. 2010. V. 132. № 4. P. 1296–1301. https://doi.org/10.1021/ja906506j
Patungwasa W., Hodak J.H. // Mater. Chem. Phys. 2008. V. 108. № 1. P. 45–54. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2007.09.001
Ахметов Н.С. Неорганическая химия. М.: Высшая школа. 1975. 672 с.
Варфоломеев С.Д. Динамика неустойчивости. Кинетическое моделирование и методы управления. М.: Научный мир. 2021. 282 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Экспериментальные (точки – Dt /D∞, D – оптическая плотность [7]) и расчетные данные (сплошные линии – [ ]/[ ], [ ] – концентрация ассоциатов золота) по кинетике образования золя золота и результаты кинетического моделирования (см. ниже уравнения (3) и (4)) процесса в соответствии с кинетической схемой (2) при варьировании начальной концентрации Au3+, М: 2 × 10–5 (1); 5 × 10–5 (2); 1 × 10–4 (3); 1.5 × 10–4 (4). Параметры расчета: k1R0 = 9.43 × 10–3 мин–1, k3R0 = 2.3 × 10–4 мин–1, k2 = 3 × 104 М–1 мин–1. Параметры эксперимента: T = 20°C, pH 5.0, концентрация цитрата натрия 1.5 × 10–3 М; концентрация хлорида золота, М: 2 × 10–5 (1), 5 × 10–5 (2), 1 × 10–4 (3), 1.5 × 10–4 (4). Экспериментальные данные работы [7] были оцифрованы с помощью программы GetData Graph Digitizer 2.26.

Скачать (111KB)

Метаданные

3. Рис. 2. Кинетические накопления дисперсной фазы золота при наличии процесса окисления действием Au3+ (кривая 2, k2 = 3 × 104 M–1 мин–1, экспериментальные данные – линия с точками) и при отсутствии этого процесса (кривая 1, k2 = 0).

Скачать (74KB)

Метаданные

4. Рис. 3. Кинетические кривые образования наночастиц золота , промежуточного Au1+ и исходного Au3+ при вариации начальной концентрации Au3+, М: 2 × 10–5 (1), 5 × 10–5 (2), 1 × 10–4 (3), 1.5 × 10–4 (4).

Скачать (177KB)

Метаданные

5. Рис. 4. Кинетические ответы системы (3), (4) при вариации параметра k1R0, мин–1: 6 × 10–3 (1), 9.44 × 10–3 (2), 22.5 × 10–3 (3) и [ ](0) = 2 × 10–6 M, [Au3+](0) = 1 × 10–4 M, [Au1+](0) = 0.

Скачать (145KB)

Метаданные

6. Рис. 5. Кинетические ответы системы (3), (4) при введении “затравки” [ ](0) = 1 × 10–6 M, [Au1+](0) = 0 при вариации начальной концентрации Au3+, М: 2 × 10–5 (1), 5 × 10–5 (2), 1 × 10–4 (3) 1.5 × 10–4 (4).

Скачать (157KB)

Метаданные

7. Рис. 6. Экспериментальные (линия с точками) [7] и расчетные (сплошная линия) данные (3), (4) при [Au3+](0) = 1 × 10–4 M, [Au1+](0) = 5 × 10–6 M, энергии активации ∆H*(k3) = 10 ккал моль–1, ∆H*(k2) = 5 ккал моль–1, ∆H*(k1) = 6.1 ккал моль–1 и различных температурах Т: 60°C (1), 40°C (2), 20°C (3).