Electric Discharge Synthesis of Colloidal Silver Nanoparticle Solutions Using Various Modifiers for Immobilization on the Surface of Track-Etched Membranes
- Authors: Fadeikina I.N.1,2, Andreev E.V.1, Kristavchuk O.V.1, Kukushkin V.I.3, Nechaev A.N.1,2, Apel P.Y.1
-
Affiliations:
- Joint Institute for Nuclear Research, 141980, Dubna, Moscow oblast, Russia
- Dubna State University, 141982, Dubna, Moscow oblast, Russia
- Osipyan Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences, 142432, Chernogolovka, Moscow oblast, Russia
- Issue: Vol 59, No 3 (2023)
- Pages: 349-360
- Section: Articles
- URL: https://kld-journal.fedlab.ru/0002-337X/article/view/668329
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23030053
- EDN: https://elibrary.ru/YQSYDQ
- ID: 668329
Cite item
Abstract
Colloidal solutions of silver nanoparticles have been prepared by the electric discharge method using three distinct modifiers: carbonate and citrate ions and polyethylenimine. According to optical absorption spectroscopy data and their zeta potential, the solutions were highly stable. The geometric parameters of the nanoparticles have been determined by transmission electron microscopy. The nanoparticles have been immobilized on the surface of polyethylene terephthalate track-etched membranes. The resultant surface nanostructures have been examined by scanning electron microscopy and Raman spectroscopy. The materials thus obtained have been shown to exhibit surface-enhanced Raman scattering using 4-aminothiophenol as test molecule. Relative Raman gain coefficients have been calculated
About the authors
I. N. Fadeikina
Joint Institute for Nuclear Research, 141980, Dubna, Moscow oblast, Russia; Dubna State University, 141982, Dubna, Moscow oblast, Russia
Email: i.fadeikina@yandex.ru
Россия, 141980, Московская обл., Дубна, ул. Жолио-Кюри, 6; Россия, 141980, Московская обл., Дубна, ул. Университетская, 19
E. V. Andreev
Joint Institute for Nuclear Research, 141980, Dubna, Moscow oblast, Russia
Email: i.fadeikina@yandex.ru
Россия, 141980, Московская обл., Дубна, ул. Жолио-Кюри, 6
O. V. Kristavchuk
Joint Institute for Nuclear Research, 141980, Dubna, Moscow oblast, Russia
Email: i.fadeikina@yandex.ru
Россия, 141980, Московская обл., Дубна, ул. Жолио-Кюри, 6
V. I. Kukushkin
Osipyan Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences, 142432, Chernogolovka, Moscow oblast, Russia
Email: i.fadeikina@yandex.ru
Россия, 142432, Московская обл., Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 2
A. N. Nechaev
Joint Institute for Nuclear Research, 141980, Dubna, Moscow oblast, Russia; Dubna State University, 141982, Dubna, Moscow oblast, Russia
Email: i.fadeikina@yandex.ru
Россия, 141980, Московская обл., Дубна, ул. Жолио-Кюри, 6; Россия, 141980, Московская обл., Дубна, ул. Университетская, 19
P. Yu. Apel
Joint Institute for Nuclear Research, 141980, Dubna, Moscow oblast, Russia
Author for correspondence.
Email: i.fadeikina@yandex.ru
Россия, 141980, Московская обл., Дубна, ул. Жолио-Кюри, 6
References
- Treshchalov A. et al. Stabilizer-Free Silver Nanoparticles as Efficient Catalysts for Electrochemical Reduction of Oxygen // J. Colloid Interface Sci. 2017. V. 491. P. 358–366. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2016.12.053
- Shin K.S., Kim J.H., Kim I.H., Kim K. Poly(ethylenimine)-Stabilized Hollow Gold-Silver Bimetallic Nanoparticles: Fabrication and Catalytic Application // Bull. Korean Chem. Soc. 2012. V. 33. № 3. P. 906–910. https://doi.org/10.5012/bkcs.2012.33.3.906
- Fang Y., Zhang B., Hong L., Yao D., Xie Z., Jiang Y. Improvement of Photocatalytic Activity of Silver Nanoparticles by Radio Frequency Oxygen Plasma Irradiation // Nanotechnology. 2015. V. 26. № 29. P. 295204. https://doi.org/10.1088/0957-4484/26/29/295204
- Vanaja M. et al. Degradation of Methylene Blue Using Biologically Synthesized Silver Nanoparticles // Bioinorg. Chem. Appl. 2014. V. 2014. P. 742346. https://doi.org/10.1155/2014/742346
- Kreibig U., Genzel L. Optical Absorption of Small Metallic Particles // Surf. Sci. 1985. V. 156. Part 2. P. 678–700. https://doi.org/10.1016/0039-6028(85)90239-0
- Pryshchepa O., Pomastowski P., Buszewski B. Silver Nanoparticles: Synthesis, Investigation Techniques, and Properties // Adv. Colloid Interface Sci. 2020. V. 284. P. 102246. https://doi.org/10.1016/J.CIS.2020.102246
- Evanoff D.D., Chumanov G. Synthesis and Optical Properties of Silver Nanoparticles and Arrays // Chem. Phys. Chem. 2005. V. 6. № 7. P. 1221–1231. https://doi.org/10.1002/cphc.200500113
- Kango S., Kalia S., Celli A., Njuguna J., Habibi Y., Kumar R. Surface Modification of Inorganic Nanoparticles for Development of Organic-Inorganic Nanocomposites – A Review // Prog. Polym. Sci. 2013. V. 38. № 8. P. 1232–1261. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2013.02.003
- Niemeyer C.M. Nanoparticles, Proteins, and Nucleic Acids: Biotechnology Meets Materials Science // Angew. Chem. Int. Ed. 2001. V. 40. № 22. P. 4128–4158. https://doi.org/10.1002/1521-3773(20011119)40:22< 4128::aid-anie4128>3.0.co;2-s
- Оленин А.Ю., Лисичкин Г.В. Получение и применение химически модифицированных наночастиц благородных металлов (Обзор) // Журн. прикл. химии. 2018. Т. 91. № 9. С. 1219–1240. https://doi.org/10.1134/s0044461818090013
- Терентьева E.A., Апяри В.В., Кочук Е.В., Дмитриенко С.Г., Золотов Ю.А. Применение наночастиц серебра в спектрофотометрии // Журн. анал. химии. 2017. Т. 72. № 11. С. 978–999. https://doi.org/10.7868/S0044450217110020
- Badawy A.M. el, Luxton T.P., Silva R.G., Scheckel K.G., Suidan M.T., Tolaymat T.M. Impact of Environmental Conditions (pH, Ionic Strength, and Electrolyte Type) on the Surface Charge and Aggregation of Silver Nanoparticles Suspensions // Environ Sci. Technol. 2010. V. 44. № 4. P. 1260–1266. https://doi.org/10.1021/es902240k
- Piccapietra F., Sigg L., Behra R. Colloidal Stability of Carbonate-Coated Silver Nanoparticles in Synthetic and Natural Freshwater // Environ Sci. Technol. 2012. V. 46. № 2. P. 818–825. https://doi.org/10.1021/es202843h
- Абхалимов Е.В., Ершов В.А., Ершов Б.Г. Водный раствор коллоидного серебра, стабилизированный карбонат-ионами // Коллоид. журн. 2017. Т. 79. № 6. С. 700–704. https://doi.org/10.7868/s0023291217060027
- Дементьева О.В., Мальковский А.В., Филиппенко М.А., Рудой В.М. Сравнительное исследование свойств гидрозолей серебра, полученных цитратным и цитрат-сульфатными методами // Коллоид. журн. 2008. Т. 70. № 5. С. 607–619.
- Крутяков Ю.А., Кудринский А.А., Оленин А.Ю., Лисичкин Г.В. Синтез и свойства наночастиц серебра: достижения и перспективы // Успехи химии. 2008. Т. 77. № 3. С. 242–269.
- Tien D.C., Tseng K.H., Liao C.Y., Tsung T.T. Colloidal Silver Fabrication Using the Spark Discharge System and Its Antimicrobial Effect on Staphylococcus Aureus // Med. Eng. Phys. 2008. V. 30. № 8. P. 948–952. https://doi.org/10.1016/j.medengphy.2007.10.007
- Остроухов Н.Н., Тянгинский А.Ю., Слепцов В.В., Церулев М.В. Электроразрядная технология получения, диагностика и биологическое применение гидрозолей металлов с частицами нанометрового размера // Физика и химия обраб. материалов. 2013. № 1. С. 77–82.
- Криставчук О.В. Трековые мембраны, модифицированные наночастицами серебра: дис. … канд. хим. наук. 2022. М. 2012. 130 с.
- Bhattacharjee S. DLS and Zeta Potential – What They Are and What They Are Not? // J. Controlled Release. 2016. V. 235. P. 337–351. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2016.06.017
- Chen L.C., Tien D.C., Thai N. van, Ashraf S. Study of Ag and Au Nanoparticles Synthesized by Arc Discharge in Deionized Water // J. Nanomater. 2010. V. 2010. P. 634757. https://doi.org/10.1155/2010/634757
- Tseng K.H., Liao C.Y., Tien D.C. Silver Carbonate and Stability in Colloidal Silver: A by-Product of the Electric Spark Discharge Method // J. Alloys Compd. 2010. V. 493. № 1–2. P. 438–440. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.12.121
- Laserna J.J., Campiglia A.D., Winefordner J.D. Surface-Enhanced Raman Spectrometry on a Silver-Coated Filter Paper Substrate // Anal. Chim. Acta. 1988. V. 208. P. 21–30.
- Muniz-Miranda M., Neto N., Sbrana G. Surface Studies by SERS and SEM Techniques on Filters Coated with Colloidal Silver // J. Mol. Struct. 1997. V. 410–411. P. 205–208. https://doi.org/10.1016/S0022-2860(97)00013-6
- Lin C.C., Lin C.Y., Kao C.J., Hung C.H. High Efficiency SERS Detection of Clinical Microorganism by AgNPs-Decorated Filter Membrane and Pattern Recognition Techniques // Sens. Actuators, B. 2017. V. 241. P. 513–521. https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.09.183
- Taurozzi J.S., Tarabara V.V. Silver Nanoparticle Arrays on Track Etch Membrane Support as Flow-through Optical Sensors for Water Quality Control // Environ. Eng. Sci. 2007. V. 24. № 1. P. 122–134. https://doi.org/10.1089/ees.2007.24.122
- Wigginton K.R., Vikesland P.J. Gold-Coated Polycarbonate Membrane Filter for Pathogen Concentration and SERS-Based Detection // Analyst. 2010. V. 135. P. 1320–1326. https://doi.org/10.1039/b919270k
- Криставчук О.В., Никифоров И.В., Кукушкин В.И., Нечаев А.Н., Апель П.Ю. Иммобилизация наночастиц серебра, полученных электроискровым методом, на поверхности трековых мембран // Коллоид. журн. 2017. Т. 79. № 5. С. 596–605. https://doi.org/10.7868/s0023291217050093
- Флеров Г.Н., Апель П.Ю., Дидык А.Ю., Кузнецов В.И., Оганесян Р.Ц. Использование ускорителей тяжелых ионов для изготовления ядерных мембран // Атомная энергия. 1989. Т. 67. № 4. С. 274–279.
- Meyer M., Le Ru E.C., Etchegoin P.G. Self-Limiting Aggregation Leads to Long-Lived Metastable Clusters in Colloidal Solutions // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. P. 6040–6047. https://doi.org/10.1021/jp055866b
- Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Изд-во МГУ, 1982. 352 с.
- Bukar N., Zhao S.S., Charbonneau D.M., Charbonneau D.M., Pelletier J.N., Masson J.-F. Influence of the Debye Length on the Interaction of a Small Molecule-Modified Au Nanoparticle with a Surface-bound Bioreceptor // Chem. Commun. 2014. V. 50. № 38. P. 4947–4950.
- Справочник по электрохимии / Под ред. Сухотина А.М. Л.: Химия, 1981. 488 с.
- Borhani T.N.G., Azarpour A., Akbari V., Alwi S.R.W., Manan Z.A. CO2 Capture with Potassium Carbonate Solutions: A State-of-the-Art Review // Int. J. Greenhouse Gas Control. 2015. V. 41. P. 142–162. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2015.06.026
- Чиганова Г.А. Получение дисперсных систем с фрактальными агрегатами наночастиц серебра // Журн. Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2008. Т. 2. № 1. С. 155–161.
- Lee H., Segets D., Süß S., Peukert W., Chen S.C., Pui D.Y.H. Effects of Filter Structure, Flow Velocity, Particle Concentration and Fouling on the Retention Efficiency of Ultrafiltration for sub-20 nm Gold Nanoparticles // Sep. Purif. Technol. 2020. V. 241. P. 116689. https://doi.org/10.1016/J.SEPPUR.2020.116689
Supplementary files
