Електроосадження наночастинок золота у диметилформамідних розчинах H[AuCl₄]
Досліджено електрохімічне осадження наночастинок золота у диметилформамідних розчинах 0,002…0,008 M H[AuCl₄] + 0,05 M Bu₄NClO₄ на поверхню склографіту, титану та ITO-скла (Indium Tin Oxide glass). Показано, що електровідновлення металу починається за Е = –0,1 V і до значення катодного потенціалу –...
Saved in:
| Date: | 2015 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2015
|
| Series: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136257 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Електроосадження наночастинок золота у диметилформамідних розчинах H[AuCl₄] / О.І. Кунтий, Л.В. Сусь, С.А. Корній, Є.В. Охремчук // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 6. — С. 119-123. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-136257 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1362572025-02-23T17:19:27Z Електроосадження наночастинок золота у диметилформамідних розчинах H[AuCl₄] Электроосаждение наночастиц золота в диметилформамидных растворах H[AuCl₄] Electrodeposition of gold nanoparticles in dymethylformamide solutions of H[AuCl₄] Кунтий, О.І. Сусь, Л.В. Корній, С.А. Охремчук, Є.В. Досліджено електрохімічне осадження наночастинок золота у диметилформамідних розчинах 0,002…0,008 M H[AuCl₄] + 0,05 M Bu₄NClO₄ на поверхню склографіту, титану та ITO-скла (Indium Tin Oxide glass). Показано, що електровідновлення металу починається за Е = –0,1 V і до значення катодного потенціалу –1,2 V формуються дискретні частинки розміром від десятків до сотень нанометрів. Встановлено, що головними чинниками впливу на морфологію осаду є значення катодних потенціалів, тривалість електроосадження і концентрація іонів золота у розчині. Исследовано электрохимическое осаждение наночастиц золота в диметилформамидных растворах 0,002…0,008 M H[AuCl₄] + 0,05 M Bu₄NClO₄ на поверхность стеклографита, титана и ITO-стекла (Indium Tin Oxide glass). Показано, что электровосстановление металла начинается при Е = –0,1 V и до значения катодного потенциала –1,2 V формируются дискретные частицы размером от десятков до сотен нанометров. Установлено, что главными факторами влияния на морфологию осадка являются значения катодных потенциалов, длительность электроосаждения и концентрация ионов золота в растворе. Investigation of Electrochemical deposition of gold nanoparticles in solutions of 0.002...0.008 M H[AuCl₄] + 0.05 M Bu₄NClO₄ in dymethylformamide on the surface of glassy carbon, titanium and ITO-glass (Indium Tin Oxide glass) is investigated. It is shown that electric reduction of the metal begins at E = –0.1 V and at the cathode potential up to –1.2 V discrete particles, ranging in size from tens to hundreds of nanometers, are formed. The results show that the main factors influencing the morphology of sediment are the values of the cathode potential, duration of electrodeposition and concentration of H[AuCl₄] in the solution. 2015 Article Електроосадження наночастинок золота у диметилформамідних розчинах H[AuCl₄] / О.І. Кунтий, Л.В. Сусь, С.А. Корній, Є.В. Охремчук // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 6. — С. 119-123. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136257 544.654.2:546.59 uk Фізико-хімічна механіка матеріалів application/pdf Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Досліджено електрохімічне осадження наночастинок золота у диметилформамідних
розчинах 0,002…0,008 M H[AuCl₄] + 0,05 M Bu₄NClO₄ на поверхню склографіту, титану та ITO-скла (Indium Tin Oxide glass). Показано, що електровідновлення металу
починається за Е = –0,1 V і до значення катодного потенціалу –1,2 V формуються
дискретні частинки розміром від десятків до сотень нанометрів. Встановлено, що
головними чинниками впливу на морфологію осаду є значення катодних потенціалів, тривалість електроосадження і концентрація іонів золота у розчині. |
| format |
Article |
| author |
Кунтий, О.І. Сусь, Л.В. Корній, С.А. Охремчук, Є.В. |
| spellingShingle |
Кунтий, О.І. Сусь, Л.В. Корній, С.А. Охремчук, Є.В. Електроосадження наночастинок золота у диметилформамідних розчинах H[AuCl₄] Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| author_facet |
Кунтий, О.І. Сусь, Л.В. Корній, С.А. Охремчук, Є.В. |
| author_sort |
Кунтий, О.І. |
| title |
Електроосадження наночастинок золота у диметилформамідних розчинах H[AuCl₄] |
| title_short |
Електроосадження наночастинок золота у диметилформамідних розчинах H[AuCl₄] |
| title_full |
Електроосадження наночастинок золота у диметилформамідних розчинах H[AuCl₄] |
| title_fullStr |
Електроосадження наночастинок золота у диметилформамідних розчинах H[AuCl₄] |
| title_full_unstemmed |
Електроосадження наночастинок золота у диметилформамідних розчинах H[AuCl₄] |
| title_sort |
електроосадження наночастинок золота у диметилформамідних розчинах h[aucl₄] |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| publishDate |
2015 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136257 |
| citation_txt |
Електроосадження наночастинок золота у диметилформамідних розчинах H[AuCl₄] / О.І. Кунтий, Л.В. Сусь, С.А. Корній, Є.В. Охремчук // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 6. — С. 119-123. — Бібліогр.: 12 назв. — укp. |
| series |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| work_keys_str_mv |
AT kuntijoí elektroosadžennânanočastinokzolotaudimetilformamídnihrozčinahhaucl4 AT susʹlv elektroosadžennânanočastinokzolotaudimetilformamídnihrozčinahhaucl4 AT korníjsa elektroosadžennânanočastinokzolotaudimetilformamídnihrozčinahhaucl4 AT ohremčukêv elektroosadžennânanočastinokzolotaudimetilformamídnihrozčinahhaucl4 AT kuntijoí élektroosaždenienanočasticzolotavdimetilformamidnyhrastvorahhaucl4 AT susʹlv élektroosaždenienanočasticzolotavdimetilformamidnyhrastvorahhaucl4 AT korníjsa élektroosaždenienanočasticzolotavdimetilformamidnyhrastvorahhaucl4 AT ohremčukêv élektroosaždenienanočasticzolotavdimetilformamidnyhrastvorahhaucl4 AT kuntijoí electrodepositionofgoldnanoparticlesindymethylformamidesolutionsofhaucl4 AT susʹlv electrodepositionofgoldnanoparticlesindymethylformamidesolutionsofhaucl4 AT korníjsa electrodepositionofgoldnanoparticlesindymethylformamidesolutionsofhaucl4 AT ohremčukêv electrodepositionofgoldnanoparticlesindymethylformamidesolutionsofhaucl4 |
| first_indexed |
2025-11-24T02:33:34Z |
| last_indexed |
2025-11-24T02:33:34Z |
| _version_ |
1849637327887925248 |
| fulltext |
119
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 6. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 544.654.2:546.59
ЕЛЕКТРООСАДЖЕННЯ НАНОЧАСТИНОК ЗОЛОТА
У ДИМЕТИЛФОРМАМІДНИХ РОЗЧИНАХ H[AuCl4]
О. І. КУНТИЙ 1, Л. В. СУСЬ 1, С. А. КОРНІЙ 2, Є. В. ОХРЕМЧУК 1
1
Національний університет “Львівська політехніка”;
2
Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів
Досліджено електрохімічне осадження наночастинок золота у диметилформамідних
розчинах 0,002…0,008 M H[AuCl4] + 0,05 M Bu4NClO4 на поверхню склографіту, ти-
тану та ITO-скла (Indium Tin Oxide glass). Показано, що електровідновлення металу
починається за Е = –0,1 V і до значення катодного потенціалу –1,2 V формуються
дискретні частинки розміром від десятків до сотень нанометрів. Встановлено, що
головними чинниками впливу на морфологію осаду є значення катодних потенціа-
лів, тривалість електроосадження і концентрація іонів золота у розчині.
Ключові слова: золото, наночастинки, електроосадження, склографіт, диметил-
формамід.
Одержанню нанорозмірних частинок золота і їх вивченню приділяють увагу
вчені багатьох областей науки [1–9]. Це зумовлено їх широким застосуванням у
сенсорах [1–4, 6], каталізі [7–9], медичних технологіях [1, 3], електроніці [1]. Та-
кож в останні десятиліття інтенсивно досліджують осадження наночастинок і на-
ноструктурних плівок на підкладку: ІТО-скло (Indium Tin Oxide glass) [2, 4, 6, 8],
склографіт [5], титан-поліанілін [7], графіт [9]. Електрохімічне одержання нано-
частинок золота добре вивчене у водних розчинах. Однак рН-фактор та, відповід-
но, необхідність буферних додатків, виділення водню за підвищених катодних
потенціалів, нестійкість окремих компонентів електроліту обмежує можливості
водного середовища. Тому в останні роки спостерігається інтерес до електрохімії
металів у неводних розчинах [10–12]. Органічні апротонні розчинники, зокрема
диметилсульфоксид (DMSO), диметилформамід (DMF), пропіленкарбонат (PK),
ацетонітрил (AN) вирізняються високими електродонорними властивостями та
електрохімічною стійкістю, індиферентністю до більшості металів, включаючи їх
нанорозмірні частинки. Це зумовлює такі особливості: утворення стійких сольва-
тів з іонами металів, що сприяє катодній поляризації; адсорбція молекул розчин-
ника на металевій поверхні, що впливає на формування геометрії частинок; елект-
рохімічне осадження металів за підвищених значень електродних потенціалів без
побічних процесів. Названі характеристики середовища органічних апротонних
розчинників є сприятливими для електроосадження наночастинок і нанострук-
турних осадів металів, що показано на прикладі паладію [10], золота [11], срібла
[12]. Мета роботи – дослідити можливості катодного відновлення та закономір-
ності формування фіксованих частинок золота електроосадженням у диметил-
формамідних розчинах H[AuCl4].
Методика експериментальних досліджень. Електрохімічні дослідження і
електроліз здійснювали у стандартному триелектродному термостатованому скля-
ному електролізері об’ємом 50 cm3 за температури 25…55°С. Золото осаджували
із диметилформамідних розчинів (0,002... 0,008) M H[AuCl4] + 0,05 М Bu4NClO4
Контактна особа: О. І. КУНТИЙ, e-mail: kunty@ukr.net
120
на поверхню склографіту, ITO-скла і титану. Робочі електроди – склографіт і ти-
тан – циліндри ∅ 5 і 10 mm відповідно, із ізольованою фторопластовою стрічкою
боковою поверхнею та IТО-скло (Aldrich) з опором 70…100 Ω/sq і робочою по-
верхнею 10×10 mm. Анод – золота пластина. Перед кожним експериментом скло-
графітові й титанові електроди зачищали дрібнозернистим наждачним папером,
після чого промивали диметилформамідом. IТО-скло лише промивали диметил-
формамідом. Електроосадження досліджували за потенціалів –0,1...–1,4 V із за-
стосуванням потенціостата IPC-Pro. Потенціали наведені відносно хлоридсріб-
ного електрода порівняння.
Загальний час електролізу відповідав кількості електрики, виходячи з оса-
дження умовної плівки золота товщиною 10; 30 і 50 nm. Одержані катодні осади,
не знімаючи з підкладки, послідовно промивали у диметилформаміді, ізопропа-
нолі та сушили під потоком теплого повітря. Для дослідження поверхні зразків
використовували сканувальний електронний мікроскоп ZEISS EVO-40XVP.
Зображення поверхні одержували з допомогою реєстрації вторинних електронів
(SE) шляхом сканування електронним пучком поверхні. Збудження вторинного
випромінювання здійснювали пучком електронів з енергією 15…20 keV. Для
обробки зображень застосовували пакет програмного забезпечення SMARTSEM.
Результати та їх обговорення. Ор-
ганічні апротонні розчинники DMF і DMSO
мало відрізняються між собою значення-
ми електродонорності – 26,6 і 28,9 відпо-
відно. Тому можна вважати, що електро-
хімічне відновлення золота з іона [AuCl4]
–
у диметилформамідних розчинах протікає
у дві стадії, так само, як у диметилсуль-
фоксидних [11]. Виходячи з одержаних
результатів, на поляризаційних кривих
(рис. 1) умовно можна виділити два діапа-
зони катодних потенціалів: до –0,1 V, де
іон [AuCl4]
– відновлюється до [AuCl2]
– та
вище –0,1 V, де протікає відновлення іо-
нів [AuCl4]
– і [AuCl2]
– до металевого золо-
та. При цьому характер кривих практично
не залежить від температури. Незначний
приріст значень струмів з підвищенням
температури (менше 20% на кожні 10°)
вказує на переважно дифузійний характер
цього чинника.
Результати електронно-мікроскопіч-
них досліджень осаду показують, що у
широкому діапазоні катодних потенціалів
електролізу дискретні частинки відносно рівномірно розподіляються на поверхні
підкладки (рис. 2). Водночас їх геометрія суттєво залежить від значення потен-
ціалу. Так, для Е = –0,2…–0,8 V спостерігають утворення квіткоподібних класте-
рів із середнім розміром 300 nm, які складаються із “шипів” розмірами 40…80 nm
(рис. 2а, b). Це характерно для осадження золота за невисоких значень катодних
потенціалів з розчинів, які містять іони [AuCl4]
– [11]. Із підвищенням катодних
потенціалів (–0,9…–1,2 V) спостерігають тенденцію до формування сфероїдів з
широким діапазоном розмірів (рис. 2с): 70…800 nm. Це вказує на те, що впро-
довж електролізу одночасно з утворенням зародків відбувається їх ріст. Слід за-
значити, що природа підкладки мало впливає на геометрію частинок золота і їх
Рис. 1. Поляризаційнні криві у диме-
тилформамідних розчинах 0,004 M
HAuCl4 + 0,05 M Bu4NClO4 з викорис-
танням склографіту за температур
25 (1), 35 (2), 45 (3) і 55°C (4).
Fig. 1. Polarization curves in dimethyl-
formamide solutions of 0.004 M
HAuCl4 + 0.05 M Bu4NClO4 on glassy
carbon cathode at 25 (1), 35 (2), 45 (3)
and 55°C (4).
121
розподіл на поверхні, що показано на прикладі ITO-скла і титану. Подальше
збільшення катодного потенціалу (–1,3…–1,4 V) призводить до росту осаду, який
містить об’ємні конгломерати з високорозвиненою поверхнею (рис. 2d). Це зу-
мовлено досягненням граничного значення струму, за якого починає формувати-
ся дисперсний осад.
Рис. 2. Сканувальна електронна мікроскопія (СЕМ) поверхні склографіту з частинками
золота, осадженими в 0,004 M HAuCl4 + 0,05 M Bu4NClO4 з DMF
за Е = –0,4 (a), –0,65 (b), –1,2 (c), –1,4 V (d); t = 35°C.
Fig. 2. Scanning electron microscopy (SEM) of the surface of glassy carbon with particles
of gold, deposited in 0.004M HAuCl4 + 0,05M Bu4NClO4 from dymethylformamide (DMF)
at E = –0.4 (a), –0.65 (b), –1.2 (c), –1.4 V (d); t = 35°C.
Зі зростанням тривалості осадження спостерігали збільшення загальної кількос-
ті частинок та їх розмірів (рис. 3). Це підтверджує вищесказане припущення про од-
ночасне проходження двох процесів на поверхні катода – зародкоутворення та їх ріст.
Рис. 3. СЕМ поверхні склографіту (a, b) і розподіл частинок золота за розмірами (c, d).
Умови електроосадження: 0,004 M HAuCl4 + 0,05 M Bu4NClO4 у DMF;
Е = –1,2 V; τ = 20 (а, с), 70 s (b, d); t = 35°C.
Fig. 3. SEM of the surface of glassy carbon with particles of gold (a, b) and the size distribution
of last (c, d). Conditions of electrodeposition: 0.004 M HAuCl4 + 0.05 M Bu4NClO4 in DMF;
E = –1.2 V; τ = 20 (a, c), 70 s (b, d); t = 35°C.
122
З підвищенням концентрації H[AuCl4] спостерігали тенденцію до збільшен-
ня розміру частинок золота (рис. 4). Так, за Е = –1,2 V у розчині 0,002 М H[AuCl4]
на поверхні склографіту переважно формуються частинки розміром до 100 nm
(рис. 4а), тоді як у 0,008 М – у діапазоні 100…200 nm (рис. 2b). При цьому спо-
стерігали також збільшення розкиду розмірів частинок.
Рис. 4. СЕМ поверхні склографіту з частинками золота, осадженими в 0,002 (a),
0,008 M (b) HAuCl4 + 0,05 M Bu4NClO4 з DMF за Е = –1,2 V і t = 35°C.
Fig. 4. SEM of the surface of glassy carbon with particles of gold, deposited in 0.002 (a),
0.008 M (b) HAuCl4 + 0.05 M Bu4NClO4 from DMF at E = –1.2 V; t = 35°C.
Отже, формування геометрії дискретних частинок золота на поверхні під-
кладки у диметилформамідних розчинах тетрахлороауратної кислоти суттєво за-
лежить від значення катодного потенціалу, тривалості електроосадження і кон-
центрації H[AuCl4].
ВИСНОВКИ
У розчинах (0,002…0,008) M H[AuCl4] + 0,05 M Bu4NClO4 з DMF у діапазоні
потенціалів –0,1…–1,2 V на поверхні склографіту, титану та ITO-скла формують-
ся дискретні частинки золота розміром від десятків до сотень нанометрів. Голов-
ними чинниками впливу на розмір частинок золота є значення катодного потен-
ціалу, концентрація H[AuCl4] і тривалість електроосадження.
Відновлення золота із диметилформамідних розчинів H[AuCl4] починається
за потенціалу –0,1 V, проте кількісне його осадження спостерігали за –0,2 V. За-
лежно від значення катодного потенціалу формуються такі типи частинок золота:
–0,2…–0,8 V – квіткоподібні кластери (∼300 nm), які складаються з частинок
розміром 40…80 nm; –0,9…–1,2 V – сфероїди з широким діапазоном розмірів
(70…600 nm); –1,3…–1,4 V – конгломерати з високорозвиненою поверхнею (дис-
персні частинки розміром у декілька мікрон).
З підвищенням у розчині концентрації H[AuCl4] спостерігали тенденцію до
збільшення розміру частинок золота та розкиду їх розмірів.
РЕЗЮМЕ. Исследовано электрохимическое осаждение наночастиц золота в диме-
тилформамидных растворах 0,002…0,008 M H[AuCl4] + 0,05 M Bu4NClO4 на поверхность
стеклографита, титана и ITO-стекла (Indium Tin Oxide glass). Показано, что электро-
восстановление металла начинается при Е = –0,1 V и до значения катодного потенциала
–1,2 V формируются дискретные частицы размером от десятков до сотен нанометров.
Установлено, что главными факторами влияния на морфологию осадка являются значе-
ния катодных потенциалов, длительность электроосаждения и концентрация ионов золота
в растворе.
SUMMARY. Investigation of Electrochemical deposition of gold nanoparticles in solutions
of 0.002...0.008 M H[AuCl4] + 0.05 M Bu4NClO4 in dymethylformamide on the surface of
glassy carbon, titanium and ITO-glass (Indium Tin Oxide glass) is investigated. It is shown that
electric reduction of the metal begins at E = –0.1 V and at the cathode potential up to –1.2 V
123
discrete particles, ranging in size from tens to hundreds of nanometers, are formed. The results
show that the main factors influencing the morphology of sediment are the values of the cathode
potential, duration of electrodeposition and concentration of H[AuCl4] in the solution.
1. Daniel M. C. and Astruc D. Gold Nanoparticles: Assembly, Supramolecular Chemistry,
Quantum-Size-Related Properties, and Applications toward Biology, Catalysis, and Nano-
technology // Chemical Reviews. – 2004. – 104, № 1. – P. 293–346.
2. Dai X. and Compton R. G. Direct Electrodeposition of Gold Nanoparticles onto Indium Tin
Oxide Film Coated Glass: Application to the Detection of Arsenic(III) // Analytical Science.
– 2006. – 22, № 4. – P. 567–570.
3. Guo S. and Wang E. Synthesis and electrochemical applications of gold nanoparticles //
Analytica Chimica Acta. – 2007. – 598, № 2. – P. 181–192.
4. Direct electrodeposition of gold nanoparticles onto indium/tin oxide film coated glass and its
application for electrochemical biosensor / Wang Liping, Mao Wei, Ni Dandan, Di Junwei,
Wu Ying, Tu Yifeng // Electrochem. Communications. – 2008. – 10, № 5. – P. 673–676.
5. Komsiyska L. and Staikov G. Electrocrystallization of Au nanoparticles on glassy carbon from
HClO4 solution containing [AuCl4]
– // Electrochimica Acta. – 2008. – 54, № 2. – P. 168–172.
6. Electrodeposition of large size gold nanoparticles on indium tin oxide glass and application
as refractive index sensor / Yu. Wang, J. Deng, J. Di, Yi. Tu // Electrochemistry
Communications. – 2009. – 11, № 5. – P. 1034–1037.
7. Hosseini M., Momeni M. M., and Faraji M. Electrochemical fabrication of polyaniline films
containing gold nanoparticles deposited on titanium electrode for electro-oxidation of
ascorbic acid // J. of Materials Science. – 2010. – 45, № 9. – P. 2365–2371.
8. Effect of aging on the electrocatalytic activity of gold nanoparticles / Hyun Ju Kang, Srikanta
Patra, Jagotamoy Das, Abdul Aziz, Jinkyung Jo, Haesik Yang // Electrochem. Communica-
tions. – 2010. – 12, № 9. – P. 1245–1248.
9. Etesami M. and Mohamed N. Catalytic Application of Gold Nanoparticles Electrodeposited
by Fast Scan Cyclic Voltammetry to Glycerol Electrooxidation in Alkaline Electrolyte // Int.
J. Electrochemical Science. – 2011. – 6, № 10. – P. 4676–4689.
10. Electrochemical depositions of palladium on indium tin oxide-coated glass and their possible
application in organic electronics technology / O. I. Kuntyi, P. Y. Stakhira, V. V. Cherpak,
O. I. Bilan, Ye. V. Okhremchuk, L. Yu. Voznyak, N. V. Kostiv, B. Ya. Kulyk, Z. Yu. Hotra
// Micro & Nano Letters. – 2011. – 6, № 8. – P. 592–595.
11. Monzon M. A. L., Byrne F., and Coey J. M. D. Gold electrodeposition in organic media // J.
Electroanalytical Chemistry. – 2011. – 657, № 1–2. – P. 54–60.
12. Silver particles growth by pulse electrolysis in acetonitrile solutions / О. Kuntyi, Ye. Okh-
remchuk, O. Bilan’, Ju. Hapke, I. Saldan // Central European J. of Chemistry. – 2013. – 11,
№ 4. – P. 514–518.
Одержано 19.01.2015
|