Рис.1. Схема установки для определения скорости разложения перекиси водорода

● Химико-металлургические науки  

 

     

                                               

№5 2014 Вестник КазНТУ  

          

336 

Результаты и обсуждение 

 

Согласно  [16-18],  появление  окраски  и  изменение  цвета  коллоидного  раствора  НЧ  серебра  в 

ходе синтеза связано с проявлением поверхностного плазмонного резонанса и изменением размеров 

морфологических образований (рис.2). Причем цвет НЧ металлов обусловлен суммарным эффектом 

абсорбции  и  рассеивания  видимого  света  [19-21].  Теоретически  и  экспериментально  показано,  что 

длинноволновый  резонанс  в  плоскости  дипольного  плазмонного  резонанса  очень  чувствителен  к 

отношению длины и диаметра наночастиц [22,23].  

 

 

 

Рис. 2. Коллоидные растворы НЧ серебра, стабилизированные ПВПД с молекулярными массами – 10кД (а), 

40кД (б), 360кД (в). [AgNO

3

] = 1

10

-3

 моль/л. 

 

Типичные спектры поглощения водного раствора НЧ серебра в видимой области показаны на 

рисунках 3-4. 

 

350

400

450

500

550

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

Длина волны, нм

По

гло

щ

ен

ие

, 

у

.е

.

1

2

3

         

300

350

400

450

500

550

0

1

2

3

4

5

Пог

л

ощ

ен

ие

, у

.е

.

Длина волны, нм

1

2

3

 

 

Рис. 3. Спектры поглощения водной дисперсии НЧ 

серебра при концентрации нитрата серебра [AgNO

3

] = 

1

10

-3

 моль/л в присутствии ПВПД с молекулярными 

массами 10кД (1), 40кД (3) и 360кД (2) 

Рис. 4. Спектры поглощения водной дисперсии НЧ 

серебра при концентрации нитрата серебра [AgNO

3

] = 

2

10

-3

 моль/л в присутствии ПВПД с молекулярными 

массами 10кД (3), 40кД (2) и 360кД (1) 

 

 Максимумы  полос  поглощения  НЧ  серебра,  полученных  при  концентрации  нитрата  серебра 

1

10

-3

 моль/л лежат в интервале длины волны 410–415 нм (рис.3) и находятся в удовлетворительном 

согласии  с  литературными  данными  [24].  С  увеличением  молекулярной  массы  ПВПД  максимумы 

полос  поглощения  НЧ  серебра  сдвигаются  в  область  коротких  волн.  Следует  отметить,  что  при 

двукратном увеличении концентрации нитрата серебра (2

10

-3

 моль/л) цвет и интенсивность полосы 

поглощения  коллоидных  растворов  НЧ  серебра  изменяются  от  бледно-желтого  и  оранжевого  до 

грязно-зеленого  и  коричневого  цвета  в  зависимости  от  молекулярной  массы  ПВПД.  Двукратное 

увеличение концентрации нитрата серебра приводит к уменьшению размеров НЧ серебра, например, 

в присутствии ПВПД с молекулярными массами 10кД, 40кД и 360кД размеры НЧ серебра составляют 

2.0,  1.1  и  7.5  нм.  При  двукратном  увеличении  концентрации  нитрата  серебра  максимумы  полос 

● Химия-металлургия єылымдары 

 

ЌазЎТУ хабаршысы №5 2014  

 

337

поглощения  НЧ  серебра  сдвигаются  в  коротковолновую  область  и  проявляются  при  λ

max

  =  395  нм 

(ПВПД-10кД), λ

max

 = 400 нм (ПВПД-40кД), λ

max

 = 395 нм (ПВПД-360кД).                  

С  уменьшением  молекулярной  массы  ПВПД  в  ряду  360кД,  40кД,  10кД  размеры  НЧ  серебра 

увеличиваются и составляют  6,5; 11,7 и 43,82 нм соответственно (Рис. 5). Это, вероятно, связано с 

уменьшением  стабилизирующей способности ПВПД с уменьшением молекулярной массы ПВПД.  

 

    

   

 

 

Рис. 5. Распределение размеров НЧ серебра, стабилизированных ПВПД с молекулярными массами 10кД (а), 

40кД (б), 360кД (в) 

 

Изучено  влияние  рН  среды  в  интервале  рН  =  4.2-6.6  на  устойчивость  коллоидных  частиц 

серебра.  Коллоидный  раствор  НЧ  серебра  в  кислой  среде  сохраняет  устойчивость  в  течение 

длительного времени и образования осадка не наблюдается. Тогда как в щелочной среде (рН = 10,1) 

НЧ серебра агрегируются в течение нескольких дней и выпадают в осадок. 

Устойчивость коллоидного раствора НЧ серебра исследована при скорости нагрева  5

0

С/мин и 

выдерживании  при  температурах  30

0

,  60

0

  и  90

0

С  в  течение  30  минут.  С  ростом  температуры  цвет 

образцов  меняется  от  желтого  до  темно-желтого  оттенка.  На  рисунке  6  представлены  спектры 

поглощения НЧ серебра, нагретых предварительно в температурном интервале от 20 до  90

0

С, после 

охлаждения  до  комнатной  температуры.  Увеличение  температуры  приводит  к  росту  интенсивности 

полосы  поглощения  без  изменения  положения  спектра.  Это,  по-видимому,  связано  с  увеличением 

скорости восстановления ионов серебра с повышением температуры.  

 

200

300

400

500

600

0

1

2

3

4

По

гло

щ

ени

е, 

у.

е.

Длина волны, нм

 

20

0

C

 

30

0

C

 

60

0

C

 

80

0

C

 

 

Рис. 6. Максимумы полос поглощения НЧ серебра при разных температурах 

 

Исследована  каталитическая  активность  НЧ  серебра,  нанесенных  на  оксид  цинка,  в  реакции 

разложения  пероксида  водорода  (H

2

O

2

)  при  варьировании  температуры,  массы  катализатора    и 

объема субстрата (Рисунок 7). 

 

    

● Химико-металлургические науки  

 

     

                                               

№5 2014 Вестник КазНТУ  

          

338 

0

50

100

150

200

250

300

0

10

20

30

40

50

60

V(O

2

),

 мл

Время, мин

m

кат

 = 30 мг 

V

H

2

O

2

=1 мл

t, 

0

C:

 25

 35

 45

 55

а

          

0

20

40

60

80

100

120

0

10

20

30

40

V(O

2

),

 мл

Время, мин

t = 45

0

C

V

H

2

O

2

=1 мл

m

кат

:

 

5 мг

 

10 мг

 

30 мг

 

50 мг

б

 

            

0

20

40

60

80

100

120

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

V(

O

2

), 

мл

Время, мин

t = 45

0

C

m

кат

= 30 мг

V

H

2

O

2

:

 

0,5 мл

 1 мл

 

1,5 мл

  

2 мл

в

     

0

20

40

60

80

100

120

0

5

10

15

20

25

30

35

40

V(O

2

),

 мл

Время, мин

MПВПД:

 10 кД

 40 кД

 360 кД

г

t = 45

0

C

m

кат

= 30 мг

V

H

2

O

2

=1 мл

 

 

Рис. 7. Каталитическая активность НЧ серебра при различных температурах (а), массах катализатора (б), 

объемах субстрата (в), молекулярных массах ПВПД (г) и подложках (д) 

 

0

20

40

60

80

100

120

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

V(O

2

),

 мл

Время, мин

 

Al2O3

 

SiO2

 

MgO

 

TiO2

 

ZnO

t = 45

0

C

m

кат

= 30 мг

V

H

2

O

2

=1 мл

 

Рис. 5. Каталитическая активность НЧ серебра при разных подложках 

 

Как  показано  на  рисунке  4а,  (при  массе  катализатора  30  мг,  объеме  субстрата  1  мл)  в 

температурном  интервале  25

0

-45

0

С  кривые  скорости  разложения  пероксида  водорода  имеют 

аналогичный характер. Объем выделившегося кислорода в течение 1.5-2 часов равен 42 мл. При 55

0

С 

в течение 5 часов выделяется до 70 мл кислорода. Исходя из кривых скорости разложения пероксида 

водорода в зависимости от температуры, оптимальной температурой реакции является 45

0

С.   

При температуре 45

0

С и объеме 30%-го раствора  перекиси  водорода 1 мл массу катализатора 

варьировали от 0.005 до 0.05 г (Рис.4б). Судя по кривым разложения субстрата, высокую активность 

● Химия-металлургия єылымдары 

 

ЌазЎТУ хабаршысы №5 2014  

 

339

в  разложении  H

2

O

2

  проявляет  катализатор  Аg/ПВПД/ZnO  при  содержании  0,005-0,01  г.  В  то  время 

как увеличение массы катализатора до 0,05 г снижает скорость реакции.  

При температуре 45

0

С и массе катализатора 30 мг увеличение количества субстрата от 0,5 до            

2 мл снижает скорость разложения H

2

O

2

. (Рисунок 5).  

Каталитическая  активность  НЧ  серебра,  нанесенных  на  оксид  цинка,  в  зависимости  от 

молекулярной массы ПВПД изменяется в следующем порядке ПВПД-40кД > ПВПД-360кД > ПВПД-

10кД (Рис. 4д).  

Каталитическая  активность  НЧ  серебра  изучена  в  зависимости  от  природы  твердых  носителей  – 

оксидов  магния,  алюминия,  кремния  и  титана  (Рисунок  5).  Сравнительные  результаты  показывают,  что 

наиболее  эффективным  катализатором  является  НЧ  серебра,  нанесенные  на  оксид  алюминия.  Причем    в 

присутствии  Аg/ПВПД/Al

2

O

3

  реакция  разложения  H

2

O

2

  начинается    с  первой  же  минуты  и  количество 

выделившегося кислорода составляет40 мл и в дальнейшем не изменяется. Во всех остальных случаях для 

выделения такого же объема кислорода требуется не менее двух часов (Рисунок 4г).  

Это означает, что  ПВПД-40кД является оптимальной длиной макромолекул, обеспечивающей 

доступ субстрата к каталитических активным центрам катализаторов.  

 

Выводы 

1)

 

Путем  восстановления  нитрата  серебра  боргидридом  натрия  синтезированы  НЧ  серебра, 

стабилизированные ПВПД с молекулярной массой M

w 

= 10 000, 40 000, 360 000Д. 

2)

 

Методом  УФ-видимой  спектроскопии  определены  максимумы  полос  поглощения  НЧ 

серебра, которые лежат в пределах 395-415 нм. 

3)

 

Методом  динамического  лазерного  светорассеяния  показано,  что  размеры  НЧ  серебра  с 

уменьшением  молекулярной  массы  ПВПД  в  ряду  360кД,  40кД,  10кД  увеличиваются  и  составляют  

6,5; 11,7 и 43,82 нм соответственно. 

4)

 

Исследовано  влияние  температуры,  массы  катализатора,  объема  субстрата,  природы 

подложки,  молекулярной  массы  стабилизирующего  агента  –  ПВПД  на  реакцию  разложения 

пероксида  водорода.  Найдены  оптимальные  условия  проведения  реакции  разложения  пероксида 

водорода (температура – 45

0

С, масса катализатора – 30 мг, объем пероксида водорода – 1 мл, твердый 

носитель – оксид алюминия).  

 

ЛИТЕРАТУРА 

1 M.Nawa, R.Baba, S.Nakabayashi, C.Dushkin 2003, Nano Lett 

2 Limbach L.K., Wick P., Manser P., Grass R.N., Bruinink A., Stark W.J. Exposure of engineered nanoparticles 

to human lung epithelial cells: influence of chemical composition and catalytic activity on oxidative Stress. // Environ. 

Sci. Technol. 2007. V. 41. N 11. P. 4158-4163 

3 Catalytic Properties of Silver Nanoparticles Supported on Silica Spheres. Zhong-Jie Jiang, Chun-Yan Lui, Lu-

Wei Sun. J.Phys.Chem. B, 2005, 109(5), pp 1730-1735. 

4 S. V. Tsybulya, G. N. Kryukova, S. N. Goncharova, A. N. Shmakov, B. S. Balzhninimaev, J. Catal. 154 (1995) 

194-200.  

5 A. Nagy, G. Mestl, T. Ruhle, G. Weinberg, R. Schlogl, J. Catal. 179 (1998) 548 - 559  

6 S.Singh, P.Patel, S.Jaiswal, A.A.Prabhune, C.V.Ramana and B.L.V.Prasad 2009 New J.Chem. 646-652 

7 R.C.Jin, Y.C.Cao, E.C.Hao, G.S.Metraux, G.C.Schatz, C.A.Mirkin 2003 Nature  487. 

8 C.J. Huang, F.-S. Shieu 2005 Colloid and Polymer Sci. 192-202 

9 I.A. Wani, A. Ganguly, J. Ahmed, T. Ahmad, 2011 Mater. Lett., 520–522. 

10 L.Mo, D.Liu, W.Li, L.Li, L.Wang, X.Zhou 2011 Appl. Surf. Sci. 5746–5753.  

11 J.Soukupova, L.Kvitek, A.Panacek, T.Nevecna, R.Zboril 2008 Mater. Chem. Phys. 77–81 

12 I.A. Wani, S. Khatoon, A. Ganguly, J. Ahmed, T. Ahmad, 2013, Colloids Surf. B,243–250. 

13 C.J. Huang, F.-S. Shieu 2005 Colloid and Polymer Sci. (2) 192-202 

14  Y. J. Junga, P. Govindaiaha, S.W. Choib, I.W. Cheongc, J. H. Kim 2011 Synthetic Metals, (17–18) 1991–1995 

15  Крутяков  Ю.А.,  Кудринский  А.А.,  Оленин  А.Ю.,  Лисичкин  Г.В.  Синтез  и  свойства  НЧ  серебра: 

достижения и перспективы / Хим. Фак-т МГУ, 2008 

16 B o n s a k J . Chemical synthesis of silver nanoparticles for light trapping applications in silicon solar cells. 

Oslo, 2010. P. 29  

17  Tao  A.,  Sinsermsuksakul  P.,  Yang  P.  Polyhedral  silver  nanocrystals  with  distinct  scattering  signatures                      

// Angew. Chem. Int. Ed., 2006. – V.45. – P.4597-4601 

18 Krutyakov Y. A., Kudrinskiy A. A., Olenin A.Y., Lisichkin G.V. // Russian Chemical Reviews. 2008.Vol. 77. 

№3. P. 233 

 

● Химико-металлургические науки  

 

     

                                               

№5 2014 Вестник КазНТУ  

          

340 

19 Chen S, Carrol D.L, Nano Lett, (2002) 1003.  

20 Sun Y, Gates B, Mayers B, Xia Y, Nano Lett, 2 (2002)  

21 Pastoriza-Santos I, Liz-Marzan L.M, Nano Lett, 2 (2002) 903 

22 S. Link, M. B. Mohamed and M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B, 1999, 103, 3073.   

23 Y. Y. Yu, S. S. Chang, C. L. Lee and C. R. Chris Wang, J. Phys. Chem. B, 1997, 101, 6661 

24  Сергеев  Б.М..  Получение  наночастиц  серебра  в  водных  растворах  полиакриловой  кислоты/ 

Б.М.Сергеев, М..В. Кирюхин, А.Н.Прусов, В.Г Сергеев // Вестник Московского Университета. Серия 2. Химия 

– 1999. – Т.40, №2. – С. 129-133. 

 

REFERENCES 

1 M.Nawa, R.Baba, S.Nakabayashi, C.Dushkin 2003 , Nano Lett 

2 Limbach LK, Wick P., Manser P., Grass RN, Bruinink A., Stark WJ Exposure of engineered nanoparticles to 

human lung epithelial cells: influence of chemical composition and catalytic activity on oxidative Stress. / / Environ. 

Sci. Technol. 2007 . V. 41 . N 11 . P. 4158-4163 

3 Catalytic Properties of Silver Nanoparticles Supported on Silica Spheres. Zhong-Jie Jiang, Chun-Yan Lui, Lu-

Wei Sun. J.Phys.Chem. B, 2005 , 109 ( 5 ), pp 1730-1735. 

4 SV Tsybulya, GN Kryukova, SN Goncharova, AN Shmakov, BS Balzhninimaev, J. Catal. 154 (1995 ) 194-200 . 

5 A. Nagy, G. Mestl, T. Ruhle, G. Weinberg, R. Schlogl, J. Catal. 179 (1998) 548 - 559 

6 S.Singh, P.Patel, S.Jaiswal, AAPrabhune, CVRamana and BLVPrasad 2009 New J.Chem. 646-652 

7 RCJin, YCCao, ECHao, GSMetraux, GCSchatz, CAMirkin 2003 Nature 487. 

8 C.J. Huang, F.-S. Shieu 2005 Colloid and Polymer Sci. 192-202 

9 I.A. Wani, A. Ganguly, J. Ahmed, T. Ahmad, 2011 Mater. Lett., 520-522. 

10 L.Mo, D.Liu, W.Li, L.Li, L.Wang, X.Zhou 2011 Appl. Surf. Sci. 5746-5753 . 

11 J.Soukupova, L.Kvitek, A.Panacek, T.Nevecna, R.Zboril 2008 Mater. Chem. Phys. 77-81 

12 I.A. Wani, S. Khatoon, A. Ganguly, J. Ahmed, T. Ahmad, 2013 , Colloids Surf. B ,243- 250 . 

13 C.J. Huang, F.-S. Shieu 2005 Colloid and Polymer Sci. (2) 192-202 

14 Y. J. Junga, P. Govindaiaha, S.W. Choib, I.W. Cheongc, JH Kim 2011 Synthetic Metals, (17-18) 1991-1995 

15  Krutyakov  YA,  Kudrinskiy  AA,  AY  Olenin  ,  GV  Lisichkin  Synthesis  and  properties  of  silver  NP  : 

achievements and prospects / Chem. Faculty of Moscow State University, 2008 

16 B o n s a k J. Chemical synthesis of silver nanoparticles for light trapping applications in silicon solar cells. 

Oslo, 2010 . P. 29 

17  Tao  A.,  Sinsermsuksakul  P.,  Yang  P.  Polyhedral  silver  nanocrystals  with  distinct  scattering  signatures  /  / 

Angew. Chem. Int. Ed., 2006 . - V.45. - P.4597- 4601 

18 Kr u t y a k o v Y. A. , K u d r i n s k i y A. A. , O l e n i n A. Y. , L isichkin GV / / Russian Chemical 

Reviews. 2008.Vol. 77 . № 3 . P. 233 

19 Chen S, Carrol D.L, Nano Lett, ( 2002) 1003. 

20 Sun Y, Gates B, Mayers B, Xia Y, Nano Lett, 2 (2002 ) 

21 Pastoriza-Santos I, Liz-Marzan LM, Nano Lett, 2 (2002 ) 903 

22 S. Link, MB Mohamed and MA El-Sayed, J. Phys. Chem. B, 1999 , 103, 3073 . 

23 YY Yu, SS Chang, CL Lee and CR Chris Wang, J. Phys. Chem. B, 1997 , 101, 6661 

24 Sergeev BM . Preparation of silver nanoparticles in aqueous solution of polyacrylic acid / B.M.Sergeev , MA . V. 

Kiryuhin , A.N.Prusov , VG Sergeev / / Bulletin of Moscow University. Series 2 . Chemistry - 1999 . - V.40 , № 2 . - S. 129-133 . 

 

Ержанова Д., Нұрахметова Ж., Татыханова Г., Селенова Б., Құдайбергенов С. 

Сутек  пероксидінің  ыдырау  реакциясындағы  металл  оксидтеріне  отырғызылған  күміс 

нанобөлшектерінің алынуы, қасиеттері жəне каталитикалық белсенділігі 

Түйіндеме.  Күміс  нитратын  натрий  борогидридімен  тотықсыздандыру  арқылы  молекулалық  массасы 

əртүрлі  полимерлермен  тұрақтандырылған  күміс  нанобөлшектері  алынуы  қарастырылған.  Наножүйелердің 

физико-химиялық  қасиеттері  зерттелген.  Күміс  нанобөлшектерінің  бірегей  каталитикалық  қасиеттері 

талқыланған.  Нанобөлшектер  қатысында  жүргізілген  сутек  пероксидінің  ыдырау  реакциясына  əртүрлі 

параметрлердің əсері анықталған.  

Түйін  сөздер:  нанотехнология,  күміс  нанобөлшектері,  поли(-N-винил-2-пирролидон),  динамикалық 

лазерлі жарықтың шашырап таралуы, спектрофотометр. 

 

Yerzhanova D., Zh. Nurakhmetova, G. Tatykhanova, B. Selenova, S. Kudaibergenov 

Preparation, properties and catalytic activity of silver nanoparticles deposited on metal oxides in the 

decomposition reaction of hydrogen peroxide 

Summary.  By  reduction  of  silver  nitrate  with  sodium  borohydride  synthesized  silver  nanoparticles  that  were 

stabilized  with  polymers  of  varying  molecular  weight.  The  physicochemical  properties  of  the  nanosystems  were 

studied.  Discussed  the  unique  catalytic  properties  of  nanosilver.  The  influence  of  parameters  on  the  reaction  of 

hydrogen peroxide decomposition in the presence of silver nanoparticles were investigated. 

Key words: nanotechnology, silver nanoparticles, poly (-N-vinyl-2-pyrrolidone), dynamic laser light scattering 

spectrophotometer 

● Химия-металлургия єылымдары 

 

ЌазЎТУ хабаршысы №5 2014  

 

341

УДК 537.525 

 

 А.В. Паничкин

жүктеу/скачать 15,98 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: