Electric Discharge Synthesis of Colloidal Silver Nanoparticle Solutions Using Various Modifiers for Immobilization on the Surface of Track-Etched Membranes

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

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

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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
  18. 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.
  19. Криставчук О.В. Трековые мембраны, модифицированные наночастицами серебра: дис. … канд. хим. наук. 2022. М. 2012. 130 с.
  20. 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
  21. 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
  22. 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
  23. 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.
  24. 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
  25. 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
  26. 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
  27. 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
  28. 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
  29. 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.
  30. 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
  31. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Изд-во МГУ, 1982. 352 с.
  32. 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.
  33. Справочник по электрохимии / Под ред. Сухотина А.М. Л.: Химия, 1981. 488 с.
  34. 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
  35. 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.
  36. 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

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (45KB)
3.

Download (95KB)
4.

Download (116KB)
5.

Download (3MB)
6.

Download (722KB)
7.

Download (2MB)
8.

Download (362KB)
9.

Download (1MB)
10.

Download (103KB)

Copyright (c) 2023 И.Н. Фадейкина, Е.В. Андреев, О.В. Криставчук, В.И. Кукушкин, А.Н. Нечаев, П.Ю. Апель