Одержання наночасток срібла під дією плазмового розряду та їх антимікробні властивості: формування кластерів та часток срібла
DOI:
https://doi.org/10.15276/opu.3.56.2018.08Ключові слова:
наночастки, срібло, плазма, квантово-хімічний розрахунок, кластери, термодинамічний потенціал, антимікробна активністьАнотація
Розглянуто одержання водних розчинів наночасток срібла із застосуванням розряду контактної нерівноважної низькотемпературної плазми. Метою роботи є дослідження формування кластерів та часток срібла в водних розчинах під дією розряду плазми. Для визначення термодинамічних величин утворення кластерів срібла використовували метод квантової механіки, зокрема теорію функціоналу густини. Термодинамічний потенціал формування наночасток срібла у водному середовищі визначали за рівнянням Нернста. Дослідження проводили в газорідинному реакторі періодичної дії об’ємом 100 мл. Тиск в реакторі становив 80±4 кПа. Силу струму підтримували на рівні 120±6 мА. Час плазмової обробки розчинів варіювали в діапазоні від 10 с до 7 хв. Розчини готували шляхом розчинення нітрату арґентуму у дистильованій воді в заданому співвідношенні. Спектри колоїдних розчинів отримували на спектрофотометрі UV-5800PC з використанням кварцових кювет в діапазоні довжин хвиль 190…700 нм. Розподіл розмірів частинок визначали за допомогою аналізатора розмірів частинок Zetasizer Nano ZS. Експериментально і теоретично встановлено, що позитивно заряджені кластери структури Ag4+2 та Ag8+2 термодинамічно найбільш вірогідніші та передують утворенню наночасток срібла в результаті дії розряду плазми на водний розчин нітрату арґентуму. Встановлено, що на початкових етапах (до 10 сек.) плазмової обробки водного розчину нітрату срібла формуються кластери срібла структури Ag4+2 та Ag8+2 з характерними піками λмак=265…325 нм; від 10 сек до 7 хв відбувається формування НЧ срібла з піками λмак=430…440 нм. Досліджено кінетику хімічних перетворень у водних розчинах при плазмохімічній обробці водних розчинів нітрату срібла. Встановлено, що процес плазмохімічного формування наночасток срібла є реакцією першого порядку. Визначено антимікробну активність розчину НЧ по відношенню до грам негативного тест-мікроорганізму E. сoli.
Завантаження
Посилання
Kholoud, M. M., Abou, E., Eftaiha, A., Al-Warthan, A., & Ammar, R. (2010). Synthesis and applica-tions of silver nanoparticles. Arabian Journal of Chemistry, 3, 135–140. DOI: 10.1016/j.arabjc.2010.04.008.
Mahendra, R., Yadav, A., & Gade, A. (2009). Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobi-als. Biotechnology Advances, 27, 76–83. DOI:10.1016/j.biotechadv.2008.09.002.
Marambio-Jones, C., & Hoek, E.M.V. (2010). A review of the antibacterial effects of silver nano-materials and potential implications for human health and the environment. Journal of Nanoparticle Research, 12, 1531–1551.
Krutyakov, Yu. A., Kudrinskiy, A. A., Olenin, A. Yu., & Lisichkin, G. V. (2008). Synthesis and proper-ties of silver nanoparticles: advances and prospects. Russ Chem Rev., 77, 233–257. 5. Genki, S., & Tomohiro, A. (2015). Synthesis using plasma generation in liquid. Journal of nanomateri-als, 16, 1–21. DOI: 10.1155/2015/123696.
Mariotti1, D., & Sankaran, R M. (2010). Microplasmas for nanomaterials synthesis. J. Phys. D: Appl. Phys., 43, 1–22.
Richmonds, C., & Mohan Sankaran, R. (2008). Plasma-liquid electrochemistry: Rapid synthesis of col-loidal metal nanoparticles by microplasma reduction of aqueous cations. Appl. Phys. Lett., 93, 385–388.
Chen, Q., Kaneko, T., & Hatakeyama, R. (2012). Rapid synthesis of water-soluble gold nanoparticles with control of size and assembly using gas–liquid interfacial discharge plasma. Chemical Physics Let-ters, 521, 113–117. 9. Gyo Koo, Il., Seok Lee, M., Shim, J.H., Ahn, J.H., & Lee, W. M. (2005). Platinum nanoparticles prepared by a plasma-chemical reduction method. J. Mater. Chem., 15, 4125–4128.
Pivovarov, A. A., Kravchenko, A. V., Tishchenko, A. P., Nikolenko, N. V., Sergeeva, O. V., Vo-rob’eva, M. I., & Treshchuk S. V. (2015). Contact nonequilibrium plasma as a tool for treatment of wa-ter and aqueous solutions: Theory and practice. Russian Journal of General Chemistry, 85, 1339–1350.
Skіba, M., Pivovarov, A., Makarova, A., & Vorobyova, V. (2018). Plasma-Chemical Synthesis of Silver Nanoparticles in the Presence of Citrate. Chemistry Journal of Moldova, 13 (1), 7–14.
Skіba, М. І., Pivovarov, О. А., Makarova, А. К., & Parkhomenko, V. D. (2018). One-pot synthesis of silver nanoparticles using nonequilibrium low temperature plasma in the presence of polyvinyl alco-hol. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, 3, 113–120.
Skiba, M. I., Pivovarov, A. A., Makarova, A. K., & Vorobyova, V. I. (2018). Plasmochemical prepa-ration of silver nanoparticles: thermodynamics and kinetics analysis of the process. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2, (6 (92)), 4–9.
Baetzold, R. C. (2015). Silver–Water Clusters: A Theoretical Description of Agn(H2O)m for n=1–4; m=1–4. Journal Physical Chemistry, 119, 15, 8299–8309.
Anak, B., Bencharif, M., & Rabilloud, F. (2014). Time-dependent density functional study of UV-visible absorption spectra of small noble metal clusters (Cun, Agn, Aun, n = 2–9, 20). RSC Advances, 4 (25), 13001–13011.
Yang, M., Jackson, K. A., & Jellinek, J. (2006). First-principles study of intermediate size silver clus-ters: Shape evolution and its impact on cluster properties. The Journal of Chemical Physics, 125(14), 144308–8. DOI: 10.1063/1.2351818.
Polynskaya, Y.G., Pichugina, D.A., & Kuz’menko, N.E. (2015). Correlation between electronic properties and reactivity toward oxygen of tetrahedral gold-silver clusters. Comput. Theor. Chem.,1055, 61–67.
Harb, M., Rabilloud, F., Simon, D., Rydlo, A., & Lecouitre, S. (2008). Optical absorption of small sil-ver clusters: Agn, (n=4-22) // J. Chem. Phys., 129, 194108(1) − 194108(9). DOI: 10.1063/1.3013557.
Ershov, B.G., Janata, E., Henglein, A., & Fojtic, A. (1993). Silver atoms and clusters in aqueous solu-tion: absorption spectra and the particle growth in the absence of stabilizing Ag+ ions II. J. Phys. Chem., 97, 4589–4594.
Ivanova, O.S., & Zamborini, F.P. (2010). Size-dependent electrochemical oxidation of silver nanoparti-cles. J. Am. Chem. Soc., 132, 70–72.
Levard, C., Matt Hotze, E., Lowry, G.V., & Brown, G.E. (2012). Environmental Transformations of Silver Nanoparticles: Impact on Stability and Toxicity. Environmental Science and Technology, 46, 6900–6914.
Mijnendonckx, K., Leys, N., & Mahillon, J. (2013). Antimicrobial silver: uses, toxicity and potential for resistance. Biometal, 26 (4), 609–621.
