Влияние функционализации поверхности на характеристики наночастиц магнетита

Влияние функционализации поверхности на характеристики наночастиц магнетита

Изучено влияние поверхностной функционализации на характеристики синтезированных наночастиц магнетита. Рассмотрены факторы, определяющие агрегацию в системе наночастиц магнетита с модифицированной поверхностью. Показано, что тип и заряд на гетероатоме функциональной группы, аппретированной на поверх...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Date:2011
Main Authors: Пещерова, Н.А., Горбань, О.А., Носолев, И.К., Глазунова, В.А., Волкова, Г.К., Константинова, Т.Е.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2011
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75152
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:Влияние функционализации поверхности на характеристики наночастиц магнетита / Н.А. Пещерова, О.А. Горбань, И.К. Носолев, В.А. Глазунова, Г.К. Волкова, Т.Е. Константинова // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 831-836. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75152
record_format dspace
spelling Пещерова, Н.А.
Горбань, О.А.
Носолев, И.К.
Глазунова, В.А.
Волкова, Г.К.
Константинова, Т.Е.
2015-01-26T20:16:07Z
2015-01-26T20:16:07Z
2011
Влияние функционализации поверхности на характеристики наночастиц магнетита / Н.А. Пещерова, О.А. Горбань, И.К. Носолев, В.А. Глазунова, Г.К. Волкова, Т.Е. Константинова // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 831-836. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
1816-5230
PACS numbers: 31.15.A-, 68.43.Bc, 68.47.Jn, 75.47.Lx, 78.66.Vs, 81.07.Wx, 82.65.+r
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75152
Изучено влияние поверхностной функционализации на характеристики синтезированных наночастиц магнетита. Рассмотрены факторы, определяющие агрегацию в системе наночастиц магнетита с модифицированной поверхностью. Показано, что тип и заряд на гетероатоме функциональной группы, аппретированной на поверхность магнетита, обусловливает морфологию системы.
Вивчено вплив функціоналізації поверхні на характеристики синтезованих наночастинок магнетиту. Розглянуто фактори, що визначають аґреґацію в системі наночастинок магнетиту з модифікованою поверхнею. Показано, що тип та заряд на гетероатомі функціональної групи, яку апретовано на поверхню магнетиту, зумовлює морфологію системи.
Effect of surface functional groups on the characteristics of synthesized magnetite nanoparticles is studied. The factors of magnetite nanoparticles aggregation are studied. As shown, the system morphology depends on nature and charge of the magnetite-surface functional-group heteroatom.
ru
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Влияние функционализации поверхности на характеристики наночастиц магнетита
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Влияние функционализации поверхности на характеристики наночастиц магнетита
spellingShingle Влияние функционализации поверхности на характеристики наночастиц магнетита
Пещерова, Н.А.
Горбань, О.А.
Носолев, И.К.
Глазунова, В.А.
Волкова, Г.К.
Константинова, Т.Е.
title_short Влияние функционализации поверхности на характеристики наночастиц магнетита
title_full Влияние функционализации поверхности на характеристики наночастиц магнетита
title_fullStr Влияние функционализации поверхности на характеристики наночастиц магнетита
title_full_unstemmed Влияние функционализации поверхности на характеристики наночастиц магнетита
title_sort влияние функционализации поверхности на характеристики наночастиц магнетита
author Пещерова, Н.А.
Горбань, О.А.
Носолев, И.К.
Глазунова, В.А.
Волкова, Г.К.
Константинова, Т.Е.
author_facet Пещерова, Н.А.
Горбань, О.А.
Носолев, И.К.
Глазунова, В.А.
Волкова, Г.К.
Константинова, Т.Е.
publishDate 2011
language Russian
container_title Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
format Article
description Изучено влияние поверхностной функционализации на характеристики синтезированных наночастиц магнетита. Рассмотрены факторы, определяющие агрегацию в системе наночастиц магнетита с модифицированной поверхностью. Показано, что тип и заряд на гетероатоме функциональной группы, аппретированной на поверхность магнетита, обусловливает морфологию системы. Вивчено вплив функціоналізації поверхні на характеристики синтезованих наночастинок магнетиту. Розглянуто фактори, що визначають аґреґацію в системі наночастинок магнетиту з модифікованою поверхнею. Показано, що тип та заряд на гетероатомі функціональної групи, яку апретовано на поверхню магнетиту, зумовлює морфологію системи. Effect of surface functional groups on the characteristics of synthesized magnetite nanoparticles is studied. The factors of magnetite nanoparticles aggregation are studied. As shown, the system morphology depends on nature and charge of the magnetite-surface functional-group heteroatom.
issn 1816-5230
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75152
citation_txt Влияние функционализации поверхности на характеристики наночастиц магнетита / Н.А. Пещерова, О.А. Горбань, И.К. Носолев, В.А. Глазунова, Г.К. Волкова, Т.Е. Константинова // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 4. — С. 831-836. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT peŝerovana vliâniefunkcionalizaciipoverhnostinaharakteristikinanočasticmagnetita
AT gorbanʹoa vliâniefunkcionalizaciipoverhnostinaharakteristikinanočasticmagnetita
AT nosolevik vliâniefunkcionalizaciipoverhnostinaharakteristikinanočasticmagnetita
AT glazunovava vliâniefunkcionalizaciipoverhnostinaharakteristikinanočasticmagnetita
AT volkovagk vliâniefunkcionalizaciipoverhnostinaharakteristikinanočasticmagnetita
AT konstantinovate vliâniefunkcionalizaciipoverhnostinaharakteristikinanočasticmagnetita
first_indexed 2025-11-25T20:34:24Z
last_indexed 2025-11-25T20:34:24Z
_version_ 1850523094747185152
fulltext 831 PACS numbers:31.15.A-, 68.43.Bc,68.47.Jn,75.47.Lx,78.66.Vs,81.07.Wx, 82.65.+r Влияние функционализации поверхности на характеристики наночастиц магнетита Н. А. Пещерова, О. А. Горбань *, И. К. Носолев *, В. А. Глазунова *, Г. К. Волкова *, Т. Е. Константинова * Донецкий национальный университет, ул. Университетская, 24, 83001 Донецк, Украина *Донецкий физико-технический институт им. А. А. Галкина НАН Украины, ул. Р. Люксембург, 72, 83114 Донецк, Украина Изучено влияние поверхностной функционализации на характеристики синтезированных наночастиц магнетита. Рассмотрены факторы, опреде- ляющие агрегацию в системе наночастиц магнетита с модифицированной поверхностью. Показано, что тип и заряд на гетероатоме функциональной группы, аппретированной на поверхность магнетита, обусловливает мор- фологию системы. Вивчено вплив функціоналізації поверхні на характеристики синтезова- них наночастинок магнетиту. Розглянуто фактори, що визначають аґре- ґацію в системі наночастинок магнетиту з модифікованою поверхнею. Показано, що тип та заряд на гетероатомі функціональної групи, яку ап- ретовано на поверхню магнетиту, зумовлює морфологію системи. Effect of surface functional groups on the characteristics of synthesized magnetite nanoparticles is studied. The factors of magnetite nanoparticles aggregation are studied. As shown, the system morphology depends on na- ture and charge of the magnetite-surface functional-group heteroatom. Ключевые слова: наночастицы магнетита, функционализация поверхно- сти, хемосорбция. (Получено 18 ноября 2010 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Высокодисперсные магнитные наночастицы с иммобилизованными Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2011, т. 9, № 4, сс. 831—836 © 2011 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 832 Н. А. ПЕЩЕРОВА, О. А. ГОРБАНЬ, И. К. НОСОЛЕВ и др. на поверхности синтетическими и природными биологическими, активными соединениями являются перспективными системами для использования в различных областях медицины и биотехноло- гии [1—3]. Широкий спектр их применения обусловлен возможно- стью получения на их основе магнитоуправляемых препаратов ис- пользуемых не только для гипертермии, но и как средства эффек- тивной доставки и локализации лекарственных препаратов. Иссле- довательские работы в этой области базируются на концепции при- менения наночастиц как самостоятельных терапевтических аген- тов, так и комплексных органо-неорганических систем типа мине- ральное ядро—функциональная оболочка [4]. Особое внимание в этом аспекте отводится наночастицам на основе оксидов железа Fe2O3 и Fe3O4. Вместе с тем, изменение функциональности поверх- ности, особенно в случае наносистем, может значительно изменить ее структурные и морфологические характеристики, что необходи- мо учитывать, например, при дальнейшем аппретировании ле- карств. Целью этой работы является исследование влияния природы функциональных групп поверхности на характеристики нанораз- мерной системы магнетита (Fe3O4). 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Для решения задач синтеза был выбран метод химического осажде- ния. Осаждение магнетита выполнено из растворов солей железа (III) и (II) с концентрацией 3% водным 20% раствором аммиака по следующей схеме синтеза: Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH − → Fe3O4↓ + 4H2O. Водная смесь FeCl3⋅6H2O и FeSO4⋅7H2O приготовлена из расчета соотношения между ионами железа (III) и (II) – 2:1. Осаждение ре- ализовано при фиксированной температуре 40°С и скорости пере- мешивания 700 об/мин в течение 2 минут. Фильтрация осадка осу- ществлена на воронке Бюхнера, промывку водой выполняли до полного исчезновения следов аммиака. Осадок высушен в течение 24 часов при комнатной температуре. Модификация поверхности наночастиц магнетита аминогруппа- ми выполнена путем хемосорбции аминоуксусной (NH2—CH2COOH), меркаптоуксусной (HS—CH2COOH) и пропионовой (СH3—CH2COOH) кислот на их поверхности. Адсорбция на поверхности наночастиц выполнена из 2% водного раствора кислоты. Время адсорбции со- ставляло 20 минут. О прохождении сорбции свидетельствуют дан- ные ИК-фурье спектроскопии диффузного отражения. Спектры диффузного отражения исследуемых систем приведены на рис. 1. ВЛИЯН Анали различи пользова цирован рые мож бированн при 3372 интенси колебани метим, ч частиц м всех обр см −1, кот ным кол ния в об на повер рованны другим к при 915 ты свид Наличие ствует о ствие п функцио Рис. 1. ИК цировани каптоукс НИЕ ФУНКЦ из ИК-спе мые полос анных мод нного магн жно отнести ных на по 2 см −1 отно вная поло иям ОН-гр что в ИК-с магнетита т разцах наб торые отно лебаниям С бласти 138 рхности пе ых оксидов колебания см −1, 1089 детельствуе е полос по о присутств полосы С = ональных К-спектры д ие аминоук сусной кисл ИОНАЛИЗА ектров диф сы, характ дификатор нетита набл и к колебан оверхности осится к ва са при 16 рупп воды, спектрах п также прис блюдаются осят к сим СН-связи в 7 см −1 и 13 ервичных а в также пр м, характе и 1047 см ет появлен глощения вии на по = О-колебан кислотах п диффузного сусной кис отой. АЦИИ НА ХА ффузного терные для ов. Показа людаются ниям ОН-г и. Так, ши алентным 625 см −1 от , адсорбир пропускани сутствуют полосы с мметричны в СН2-груп 328 см −1 св аминогруп роявляютс ерным для м −1. О сорбц ние в спек в области верхности ний СООН при 1827 с о отражения слотой; в – РАКТЕРИСТ отражени я функцио ано, что в с интенсив групп воды ирокая пол колебания тносится к ованной н ия модифи полосы эт частотами ым и ассим ппе. Налич идетельств пп. В ИК-с ся полосы аминогруп ции меркап ктре полос 2960 и 28 и метилено Н-групп, см −1 и 1710 я: а – Fe3O4 – Fe3O4, мод ТИКИ МАГНЕ я выявил нальных г спектре не ные полос ы и ОН-груп лоса с мак ям ОН-гру к деформац а поверхно ицированны их поглощ и 2923 см − метричным чие полос п вует о при спектре мо , соответст ппы. Это п птоуксусно с 2984, 12 870 см −1 св овых групп проявляющ 0 см −1 (плеч 4; б – Fe3O4 дифицирова ЕТИТА 833 л хорошо групп ис- емодифи- сы, кото- пп адсор- симумом упп воды, ционным ости. От- ых нано- щений. Во −1 и 2853 м валент- поглоще- исутствии одифици- твующие полосы – ой кисло- 224 см −1. видетель- п. Отсут- щейся в чо на по- 4, модифи- ание мер- 834 Н. А. ПЕЩЕРОВА, О. А. ГОРБАНЬ, И. К. НОСОЛЕВ и др. лосе деформационных колебаний воды) в ИК-спектрах модифици- рованных частиц магнетита вероятно свидетельствует о их хемо- сорбции на поверхности частиц. 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Аппретирование на поверхность функциональных групп другой природы, в частности амино-, тио- или метильных, изменяет заря- довое состояние поверхности, что может приводить к изменению морфологических характеристик нанопорошковых систем. Для модифицированных систем данные электронной просвечивающей микроскопии иллюстрируют изменение степени агрегации в по- рошковых системах; см. рис. 2. Как видно из представленных данных, развитая методика синте- за позволила реализовать получение монофазных наночастиц маг- нетита со средним размером наночастиц 7—10 нм, что согласуется с данными РСА. Согласно данным РСА средний размер ОКР состав- ляет 7 нм. Известно, что агрегация в коллоидных системах может быть обу- словлена следующими факторами: зарядом на поверхности наноча- стиц, размером наночастиц, способностью функциональных групп поверхности образовывать водородные связи, стерическим факто- ром или электростатическим взаимодействием. Агрегация в систе- ме наночастиц магнетита с модифицированной поверхностью мо- жет быть результатом действия не просто отдельного фактора, а их суммы. При этом заряд на гетероатоме функциональной группы может вносить основной вклад в реализацию того или иного взаи- модействия. С целью выяснения этого обстоятельства были рассчитаны элек- тронные структуры гетерокислот-модификаторов с использованием ab initio расчетов в рамках программного пакета GAMESS (US)4 а б в Рис. 2. Морфология модифицированных нанопорошков магнетита (водная среда): а – NH2CH2COOH; б– SHCH2COOH; в– CH3CH2COOH. ВЛИЯНИЕ ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНЕТИТА 835 (версия PC GAMESS) при оптимизации геометрии в базисе STO- 21N/3 и учете эффекта растворителя в рамках модели PCM [5]. Полученные результаты показали, что заряды на гетероатомах кислот убывают по абсолютной величине в ряду NH2 > CH3 > SH, при этом заряды на скелетных атомах углеводородного скелета не зависят от природы гетероатома. Cогласно литературным данным [6], в такой же последовательности убывают и электроотрицатель- ности гетероатомов функциональных групп О(3,5), N(3,0), С(2,6), S(2,6). Отметим, что рассчитанный дипольный момент для этих молекул составил 1,71D, 1,93D, 2,8D для тиогликолевой, пропио- новой и аминоуксусной кислот соответственно. Таким образом, видно, что атом азота имеет наибольший остаточный заряд и его присутствие в гликолевой кислоте обусловливает высокий диполь- ный момент молекулы. Это приводит к способности молекул глико- левой кислоты участвовать в образовании водородных связей, и об- разованию цвиттер-ионов. Таким образом, аппретирование амино- групп на поверхность магнетита должно привести к усилению вза- имодействия между наночастицами магнетита, вызванного реали- зацией водородных связей и электростатического притяжения между разноименно заряженными локальными участками поверх- ности, что ведет к более сильной агрегации наночастиц магнетита в этой системе. Замена в результате аппретирования ОН − -групп на SH-группы, с гетероатомом, которой несет нулевой заряд, приводит к снижению суммарного заряда поверхности, что ведет к коагуля- ции наночастиц. В случае СН3-группы, хотя мы и имеем достаточно высокий заряд на атоме углерода, однако при аппретировании та- ких групп на поверхности магнетита большой объем метильной группы создает стерические препятствия при взаимодействии на- ночастиц. В связи с чем, аппретирование поверхности магнетита метильными группами не должно сильно повлиять на степень агре- гации в такой системе. Приведенные рассуждения хорошо согласуются с оценкой удельной поверхности модифицированных наночастиц магнетита. Так удельная поверхность составляет 171±10 м 2/г для немодифи- цированной и 169±10, 119±7 и 95±13 м 2/г для модифицированных метильными, тио- и аминогруппами систем соответственно. 4. ВЫВОДЫ Показано что природа функциональной группы влияет на степень агрегации в системе наночастиц магнетита с модифицированной поверхностью. Агрегацию в таких системах можно рассматривать как результат реализации взаимодействий различного типа, опре- деляемых типом и зарядом на гетероатоме функциональной груп- пы. 836 Н. А. ПЕЩЕРОВА, О. А. ГОРБАНЬ, И. К. НОСОЛЕВ и др. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. P. Tartaj, M. Morales, S. Veintemillas-Verdaguer, T. Gonzalez-Carreno, and C. J. Serna, J. Phys. D: Phys., 36: 182 (2003). 2. Q. A. Pankhurst, J. Connolly, S. K. Jones, and J. Dobson, J. Phys. D: Appl. Phys., 36: 167 (2003). 3. Y. Qiang, J. Antony, A. Sharma, J. Nutting, D. Sikes, and D. Meyer, J. Nanoparticle Research, 8: 489 (2006). 4. Л. С. Семко, П. П. Горбик, О. О. Чуйко, Л. П. Сторожук, І. В. Дубровін, О. І. Оранська, С. Л. Рево, Доповіді НАН України, № 2: 150 (2007). 5. M. W. Schmidt, K. K. Baldridge, J. A. Boatz et al., J. Comput. Chem., 14: 1347 (1993). 6. Краткий справочник физико-химических величин (Ред. А. А. Равдель, А. М. Пономарева) (Ленинград: Химия: 1983).

Similar Items