برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۸/۰۵/۲۶ تا ۱۳۹۸/۰۶/۰۱

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱,۳۳۱
  • بازدید این ماه ۱۸۹
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۲۳۲
  • قبول شدگان ۱۹۱
  • شرکت کنندگان یکتا ۷۲
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۷۸
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 1

طرح درس

منابع دومین مرحله نهمین مسابقه ملی فناوری نانو

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

سنتز کنترل‌شده نانوبلورهای فلزی

نانوبلورهای فلزی از جایگاه ویژه‌ای در علوم و مباحث نوین و پیشرفته برخوردار بوده و به‌همین ‌دلیل، توجهات بسیار گسترده‌ای را به خود معطوف کرده‌اند. امکان کنترل خواص و گسترش کاربردهای این نانوبلورها با تغییر شکل آن‌ها وجود دارد. نانوبلورهای فلزی خواص نوری، الکترونیکی و مغناطیسی متنوعی داشته و امکان سنتز آن‌ها با انجام واکنش‌های شیمیایی وجود دارد. در این مقاله، به طور اجمالی به معرفی نانوبلورها پرداخته می‌شود و فرضیه سیر تکامل هسته به دانه مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرد. سپس نانوبلورهای فلزات مختلف مانند طلا، نقره، مس، پلاتین و غیره به طور مفصل مورد‌ مطالعه قرار خواهند گرفت و در نهایت، عوامل مؤثر بر مورفولوژی نانوبلورهای فلزی بررسی خواهند شد.      

1- مقدمه

 


چندرسانه‌ای 1: آشنایی با نانوذرات فلزی

 

نانوبلورها به بلورهایی با با ابعاد 1 تا 100 نانومتر اطلاق می‌شود. به‌دلیل دارا بودن شرایط منحصربه‌فرد، نانوبلورها خواصی بین حالات اتمی و توده‌ای (Bulk) دارند. سنتز نانوبلور جامدات معدنی، به‌خصوص فلزات که بیش از دو سوم عناصر جدول تناوبی را تشکیل می‌دهند، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. از مهم‌ترین کاربردهای نانوبلورهای فلزی می‌توان به فوتونیک، تصویربرداری، حسگرها، علوم پزشکی و غیره اشاره کرد. البته، عوامل بسیار متعددی در تعیین خواص و کاربردهای نانوبلورها تأثیرگذار هستند. این عوامل عبارتند از: ترکیب شیمیایی، اندازه، شکل، ساختار و روش سنتز. به‌عنوان مثال، از نانوبلورهای طلا و نقره به‌طور گسترده‌ای در تشدید پلاسمون سطحی موضعی (Localized Surface Plasmon Resonance; LSPR) استفاده می‌شود. این نانوبلورها برای تولید امواج الکترونیکی سطحی موسوم به "پلاسمون سطحی" مورد استفاده قرار می‌گیرند (نانوآنتن). برای مطالعه بیشتر در مورد تشدید پلاسمون سطحی به پیوست 1 در انتهای متن مراجعه کنید. به این منظور، نیاز به محدودسازی امواج الکترومغناطیس در سطح مشترک تماس نانوساختارهای فلزی و یک دی الکتریک (مثلاً هوا یا خلأ) وجود دارد. پدیده تشدید پلاسمون سطحی موضعی زمانی رخ می‌دهد که پلاسمون‌های سطح توسط فوتون‌های نور مرئی یا فرابنفش (امواج الکترومغناطیس) برانگیخته شوند. در چنین شرایطی، میدان الکترومغناطیس در فضایی بسیار کوچک (حدود ۱۰۰ نانومتر مکعب) متمرکز شده و باعث افزایش پراکندگی رامان (Raman Scattering) از سطح می‌شود. برای مطالعه بیشتر در مورد پراکندگی رامان به پیوست 2 در انتهای متن مراجعه کنید. تمرکز پدیده رامان در سطح  نانوبلورهای فلزی (طلا و نقره)، یک روش برای افزایش پراکندگی رامان به‌شمار می‌رود.

 

2- فرضیه سیر تکامل هسته (Nuclei) به دانه (Seed)
دانه زمانی به‌وجود می‌آید که یک خوشه (Cluster) تا اندازه بحرانی رشد کند. اندازه بحرانی به کوچک‌ترین اندازه‌ای گفته می‌شود که توانایی ایجاد یک آرایش هندسی ویژه را داشته باشد. در حقیقت، این نقطه بحرانی، نقطه تولد یک دانه است. دانه‌های تشکیل شده را می‌توان پلی بین هسته و نانوبلورها در نظر گرفت. این دانه‌ها دارای ساختارهای مختلفی مانند ساختار تک‌بلور (Single-Crystal)، دوقلو منفرد (Singly Twin)، دوقلو چندتایی (Multiply Twin) و صفحه حاوی نقص‌های‌ انباشتگی (plate with stacking faults) هستند. امکان تولید نانوبلورهای فلزی با اشکال گوناگون، با انجام واکنش‌ها از مسیرهای مختلف وجود دارد. شکل 1 شمایی از انواع ساختارها و شکل‌های نانوبلورهای فلزی سنتز شده از پیش‌ماده فلزی را نشان می‌دهد.

 

شکل 1- شمایی از انواع ساختارها و شکل‌های نانوبلورهای فلزی سنتز شده از پیش‌ماده فلزی. مسیرهای واکنش مختلف باعث تشکیل نانوبلورهایی با شکل‌های مختلف می‌شود. با کاهش (احیا) پیش‌ماده، به‌ترتیب ساختارهای تک‌بلور (Single-Crystal)، دوقلو منفرد (Singly Twin)، دوقلو چندتایی (Multiply Twin) و صفحه حاوی نقص‌های‌ انباشتگی (plate with stacking faults) تشکیل می‎شوند.

 

طبق شکل 1، ابتدا پیش‌ماده فلزی کاهش داده شده یا تجزیه می‌شود تا هسته (خوشه‌های کوچک) تشکیل شوند. با رشد هسته و رسیدن اندازه آن، به اندازه بحرانی، دانه (با ساختار مشخص) به‌وجود می‌آید. سپس، چینش توده‌ای انجام گرفته و دانه‌های شبه‌صفحه‌ای تشکیل می‌شوند. شکل نانوبلورهای تولید شده بستگی به پارامتر R (نسبت سرعت رشد موازی با جهت) و نوع پیش‌ماده فلزی دارد. جدول 1 فهرستی از اشکال و ساختار نانوبلورهای فلزات مختلف را نشان می‌دهد. 

 

جدول 1- فهرستی از اشکال و ساختار نانوبلورهای فلزات مختلف.

 

3- مطالعه موردی فلزات مختلف
1-3- پالادیوم (Pd)
پالادیوم به عنوان یکی از جذاب‌ترین عناصر برای جذب مولکول هیدروژن در دمای اتاق و فشار اتمسفر شناخته می‌شود. به‌همین دلیل، از بلور پالادیوم به‌عنوان کاتالیزور در واکنش‌های هیدروژناسیون، هیدروژن‌زدایی و کراکینگ نفت خام استفاده می‌شود. کراکینگ فرآیندی است که در صنایع پتروشیمی کاربرد داشته و در آن با شکستن پیوندهای هیدروکربن‌ها، وزن مولکولی آن‌ها را کاهش می‌دهند. این فرآیند، از روش‌های اصلی در تبدیل نفت خام به سوخت‌های پرکاربرد مانند بنزین، گازوییل و نفت سفید به‌شمار می‌رود. هم‌چنین، امکان تسهیل برخی از واکنش‌های آلی مانند جفت شدن هک (Heck) یا سوزوکی (Suzuki) که در آن‌ها پیوند کربن-کربن تشکیل می‌شود، با به‌کارگیری کاتالیست اکسید پالادیوم (PdO) وجود دارد. امروزه، اصلی‌ترین کاربرد نانوبلورهای پالادیومی در مبدل‌های کاتالیستی است. این مبدل‌ها بیش‌ از 90% گازهای مضر خروجی از اگزور ماشین به ترکیباتی مانند دی‌اکسید کربن (CO2) یا N2 که زیان کمتری به محیط زیست دارند، تبدیل می‌کنند. ترکیب گاز خروجی از اگزور خودرو شامل نانوذراتی از ترکیبات کربن و هیدروژن (HC) و گازهای NO و NO2 است. اصلی‌ترین واکنش‌های رخ داده در مبدل‌های کاتالیستی عبارتند از:  

 

 

 مبدل‌های کاتالیستی از یک زیرلایه به‌شکل لانه زنبوری متخلخل ساخته شده و نانوذرات پالادیوم روی تخلخل‌ها بارگذاری می‌شوند. شکل 2 تصویری از مبدل‌های کاتالیستی همراه با شمایی از محل قرارگیری آن‌ها را نشان می‌دهد.

 

شکل 2- (الف) تصویری از مبدل‌های کاتالیستی همراه با (ب) شمایی از محل قرارگیری آن‌ها.

 

سطح ویژه بالای نانوبلورهای پالادیومی امکان واکنش بیشتر آن‌ها با گازهای آلاینده را فراهم می‌کند. شکل اصلی نانوبلورهای پالادیوم، پلی‌هدرون ولف (Wulff's Polyhedron) است. متداول‌ترین پیش‌ماده به‌کار رفته برای سنتز نانوبلورهای پالادیوم، ترکیب دی‌سدیم تتراکلروپالادیت (Na2PdCl4) است. دلیل انتخاب این ترکیب، پایداری مناسب آن‌ در هوا و حلالیت قابل قبول آن در انواع حلال‌ها است. برای کاهش (احیا) یون پالادیوم از الکل‌ها، گلیکول‌ها و هیدرازین استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال، از اتیلن گلیکول هم به‌عنوان حلال و هم به‌عنوان کاهنده برای سنتز نانوبلورهای پالادیوم استفاده می‌شود. تاکنون، نانوبلورهای پالادیوم به‌شکل‌های مختلفی سنتز شده‌اند که تعدادی از متداول‌ترین آن‌ها عبارتند از: 

1) پلی‌هدرون‌های ولف در اتیلن گلیکول با پوشاننده پلی‌وینیل پیرولیدون (PVP)؛ شکل 3-الف. 

2) نانومکعب‌ها در اتیلن گلیکول با پوشاننده پلی‌وینیل پیرولیدون و ذرات آهن؛ شکل 3-ب.  

3) نانومکعب‌ها در آب و پتاسیم برمید (KBr) با کاهنده پلی‌وینیل پیرولیدون؛ شکل 3-پ.

4) نانومیله‌ها در مخلوط آب و اتیلن گلیگول؛ شکل 3-ت و ث.

5) اکتاهدرون‌ها در کاهنده و پوشاننده سیتریک اسید در غلظت بالای پالادیوم؛ شکل 3-ج.

 

شکل 3- تصاویر میکروسکوپ الکترونی از اشکال مختلف نانوبلورهای پالادیوم تک‌بلور.

 

چندرسانه‌ای 2: نانوفناوری و مبدل کاتالیستی خودرو

 

2-3- نقره (Ag)
بیشترین کاربرد نقره در صنایع تزئینی، عکس‌برداری، کاتالیستی و آنتی‌باکتریال است. به‌عنوان مثال، از نانوبلورهای نقره به‌عنوان کاتالیست در واکنش‌های اکسایش مانند تولید فرمالدهید از متانول و هوا و تبدیل اتیلن به اتیلن اکسید استفاده می‌شود. متداول‌ترین پیش‌ماده برای سنتز نانوبلور نقره، نیترات نقره (AgNO3) است. نیترات نقره دارای پایداری مناسب در حلال‌های قطبی است. البته، نیترات نقره حساسیت بالایی به نور دارد. اگر این ماده در معرض نور قرار بگیرد، احتمال تغییر در خواص نانوبلورهای سنتز شده به‌وجود می‌آید. بنابراین، ذخیره‌سازی و نگهداری این ماده باید تحت شرایط کنترل شده انجام گیرد. همانند نانوبلورهای پالادیوم، نانوبلورهای نقره هم دارای اشکال مختلفی هستند که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌شود:          

1) اکتاهدرون‌ها با اتیلن گلیکول با عامل پوشاننده پلی‌وینیل پیرولیدون؛ شکل 4-الف.

2) نانومکعب‌ها با اتیلن گلیکول با عامل پوشاننده پلی‌وینیل پیرولیدون؛ شکل 4-ب.

3) اکتاهدرون‌های ناقص با 1و5-پنتان دیول در حضور پلی‌وینیل پیرولیدون و یون‌های+Cu2؛ شکل 4-پ.

4) اکتاهدرون با 1و5-پنتان دیول در حضور پلی‌وینیل پیرولیدون و یون‌های+Cu2؛ شکل 4-ت.

5) نانومکعب با اصلاح‌کننده نقره در حضور یون بروم (-Br)  با عامل کاهنده گلوکز؛ شکل4-ث.

6) نانومیله‌ها با اتیلن گلیکول در حضور پلی‌وینیل پیرولیدون و یون بروم (-Br)؛ شکل 4-ج.

 

شکل 4- تصاویر میکروسکوپ الکترونی از اشکال مختلف نانوبلورهای نقره تک‌بلور.

 

3-3- طلا (Au)

 


چندرسانه‌ای 3: شکل‌گیری نانوذرات طلا در محلول آبی 

 

سنتز نانوبلورهای طلا با شکل مناسب، یکی از داغ‌ترین موضوعات پژوهشی در دهه اخیر به‌شمار می‌رود. نانوبلورهای طلا به‌دلیل دارا بودن پایداری شیمیایی بالا، مقاومت در برابر اکسایش و سازگاری خوب، به‌طور گسترده‌ای در کاربردهای کاتالیستی، الکترونیکی، فوتونیکی، بیولوژیکی، نانوپزشکی و حسگرها مورد استفاده قرار گرفته‌اند. به‌عنوان مثال، نانوبلورهای طلا توانایی جذب مولکول‌های پروتئین به سطح خود را دارند. جذب مولکول‌های پروتئین باعث جابه‌جایی پیک تشدید پلاسمون سطحی نانوبلورها می‌شود. هم‌چنین، از این پدیده برای تعیین آنتی‌ژن‌های موجود روی سطح سلول استفاده می‌شود؛ به‌طوری که پس از شناسایی آن‌ها، عامل‌های دارویی به‌طور گزینش‌پذیر آزاد می‌شوند. خواص و ویژگی‌های نانوبلورهای طلا بستگی به شکل آن‌ها دارد. میان نانوساختارهای متفاوت، سنتز نانوبلورهای کروی (Spherical) طلا آسان‌تر است. روش‌های شیمی تر (Wet Chemistry) کاربرد وسیعی در سنتز نانوبلورهای طلا دارند. البته، امکان سنتز نانوبلورهای ناهمسانگرد طلا هم وجود دارد. این دسته از نانوبلورها، خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی نسبت به نانوبلورهای کروی طلا دارند. هم‌چنین، با کنترل عواملی مانند نوع ماده کاهنده، شرایط واکنش، نوع تثبیت‌کننده و شرایط ترمودینامیکی فرآیند سنتز می‌توان به نانوبلورهای پلی‌هدرال طلا دست یافت. شکل 5 تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از نانوبلورهای طلا را نشان می‌دهد.

 

شکل 5- تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از نانوبلورهای طلا.

 

4-3- پلاتین (Pt)
نانوبلور پلاتین به دلیل دارا بودن خواص استثنایی و منحصربه‌فرد به‌عنوان مبدل‌های کاتالیستی مناسب برای اکسایش گاز مونواکسیدکربن به‌کار می‌رود. دیگر فعالیت‌های کاتالیستی این نانوبلورها عبارتند از: واکنش O2/H2 در پیل‌های سوختی (Fuel cell)، تولید اسید نیتریک و کراکینگ نفت خام. هم‌چنین، از پلاتین  به‌عنوان الکترود فلزی استفاده می‌شود. تمرکز اصلی پژوهش‌های انجام شده روی نانوبلورهای پلاتین در سال‌های اخیر روی افزایش هرچه بیشتر سطح ویژه این نانوبلورها برای بهبود کارآیی کاتالیستی آن‌ها است. امروزه نانوبلورهای پلاتین با مورفولوژی‌ها مختلف سنتز می‌شوند که تعدادی از آن‌ها عبارتند از:

1) نانومکعب‌های پلاتین در حضور تترا دسیل متیل آمونیوم برمید (TTAB) با غلظت بالای سدیم بورهیدرید (NaBH4)   

2) اکتاهدرون‌های نانومکعب‌های پلاتین در حضور تترا دسیل متیل آمونیوم برمید با غلظت پایین سدیم بورهیدرید.

3) نانودندریت‌های سنتز شده با کاهنده اسید آسکوربیک.

 

5-3- مس (Cu)
مشابه نانوبلورهای طلا و نقره، نانوبلورهای مس هم دارای چندین شکل مختلف هستند. با این وجود، چالش‌هایی سر راه سنتز نانوبلورهای مس وجود دارد؛ به‌طوری‌که هنوز تکنولوژی سنتز نانوبلورهای مسی نواقصی دارد. مهم‌ترین دلایل این موضوع عبارتند از:

1) برای پیش‌برد واکنش‌های کاهش یون مس به اتم مس، نیاز به عامل کاهنده قوی مانند سدیم بورهیدرید (NaBH4) و دمای بالا وجود دارد.

2) برای اجتناب از اکسایش بلورهای مس، واکنش باید تحت سیلان گازهای نجیب مانند آرگون یا نیتروژن انجام شود.

مثال‌هایی از نانوبلورهای مس سنتز شده با کاهنده‌های مختلف عبارتند از:

1) نانومیله‌های مس سنتز شده با کاهش بیس (2-اتیل هگزیل) سولفاکسینات مس (II) با هیدرازین، در مخلوط ایزواکتان و آب.

2) نانوسیم‌های سنتز شده با کاهش مس نیترات Cu(NO3)2 با هیدرازین در حضور سدیم هیدروکسید و اتیلن دی‌آمین.

 

6-3- روتنیوم، ایریدیوم و رودیوم (Ru, Ir, Rh)
نانوبلورهای سنتز شده از این گروه از فلزات، خواص کاتالیستی فوق‌العاده‌ای داشته و در تصفیه نفت خام و هیدروژناسیون ترکیبات سیر نشده مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترکیب سیر نشده عبارتست‌ از یک ترکیب شیمیایی حاوی زنجیره اتم‌های کربن با پیوند یگانه. تاکنون، شکل‌های متنوعی از نانوبلورهای رودیوم (Rh) مانند شکل‌های نامنظم به‌صورت نانومکعب، تتراهدرون، نانومیله و چندلایه‌ای سنتز شده است. البته، متداول‌ترین اشکال به‌دست آمده از این نانوبلور، نانومکعب و چندلایه‌ای است. کنترل شکل نانوبلورهای روتنیوم و ایریدیوم یک چالش بزرگ سر راه سنتز کنترل شده آن‌ها است. با این وجود، متداول‌ترین شکل نانوبلورهای ایریدیوم، تک بلوری شبیه نانوکره است. انواع شکل‌های نانوبلورهای رودیوم (حاصل از شرایط مختلف سنتز آن‌ها) عبارتند از:      

1) نانومکعب با کاهش RhCl3 با استفاده از فرآیند پلی‌یول در دمای 190 درجه سانتی‌گراد

2) چندلایه‌ای با کاهش RhCl3 با استفاده از فرآیند پلی‌یول در دمای 140 درجه سانتی‌گراد.

3) تتراهدرون با تجزیه کمپلکس [Rh2(CO)4Cl2].

4) نانومیله با تجزیه [Rh(C5H8O2)3].

 

7-3- آهن، کبالت و نیکل (Fe, Co, Ni)
آهن، کبالت و نیکل به‌دلیل دارا بودن خواص فرومغناطیس مورد توجه هستند. امکان تغییر در شکل نانوبلورهای سنتز شده با به‌کارگیری میدان مغناطیسی وجود دارد. شکل نهایی نانوبلورهای آهن، کبالت و نیکل بستگی به سرعت تجزیه یا کاهش و نوع عامل پوشاننده دارد. نانوبلورهای سنتز شده از این مواد تمایل شدیدی به اکسیداسیون داشته و حتی در محیط‌های کنترل شده (تحت سیلان گاز نجیب) هم به‌آسانی اکسید می‌شوند. 

 

1-7-3- روش‌های سنتز نانوبلورهای آهن
1) نانوذرات آهن آلفا (α-Fe) با تجزیه گرمایی پنتاکربونیل آهن {[Fe(CO)5]}

2) نانومکعب‌ها با تجزیه گرمایی [Fe{N(SiMe3)2}2

 

2-7-3- روش‌های سنتز نانوبلورهای کبالت
1) نانوبلورهای حاصل از کاهش CoCl2 توسط لیتیم تری‌اتیل بورهیدرید (LiBEt3H) 

2) نانودیسک کبالت به‌شکل هگزاگونال فشرده با تجزیه سریع [Co2(CO)8

3) نانومیله‌های کبالت به‌شکل هگزاگونال فشرده با تجزیه [Co(η3-C8H13)(η4-C8H12)] و نانوصفحه‌های نیکل به‌شکل مکعب مرکزی با تجزیه 1و5- سیکلواکتادین نیکل [Ni(cod)2] در حضور [Fe(CO)5] تشکیل می‌شوند.

 

4- سنتز نانوبلورها و عوامل مؤثر بر شکل آن‌ها

به‌طور کلی، سنتز نانوبلورها با دو روش اصلی شامل روش‌های فیزیکی و روش‌های شیمیایی انجام می‌پذیرد. هرکدام از این روش‌های اصلی، دارای تعدادی زیرمجموعه هستند.

اساس بیشتر روش‌های فیزیکی، تبخیر ماده جامد و تبدیل آن به بخار فوق‌اشباع است، تا جوانه‌زنی همگن نانوبلورها رخ دهد. در روش‌های فیزیکی، اندازه بلورهای حاصل یا با غیرفعال‌سازی موقت منبع تبخیر، یا با کاهش سرعت توسط ورود مولکول‌های گاز به کلوئید حاوی ذرات کنترل می‌شود. رشد نانوبلورها در این روش معمولاً بسیار سریع و در محدوده چند میلی‌ثانیه تا چند ثانیه است. بنابراین، سنتز نانوبلورها با این روش، نیازمند کنترل دقیق روی پارامترهای فرآیند است. انواع روش‌های فیزیکی عبارتند از: تراکم گاز خنثی (Inert gas condensation)، تخلیه قوس (Arc discharge)، کندوپاش یونی (Ion sputtering)، کندوسوز لیزری (Laser ablation) و پیرولیز (Pyrolysis).  

روش‌های شیمیایی از اهمیت ویژه‌ای در سنتز نانوبلورهای مختلف برخوردار بوده و معمولاً در شرایط معمول (mild condition) انجام می‌پذیرند. اساس روش‌های شیمیایی، تهیه نانوبلورهای مجزای پراکنده‌شده در حلال (سل) است. امکان تولید سل‌ها، هم در محیط‌های آبی و هم در محیط‌های آلی وجود دارد. برخی از روش‌های شیمیایی متداول عبارتند از: کاهش (Reduction)، سنتز سولوترمال (Solvothermal)، سنتز فوتوشیمیایی، سنتز الکتروشیمیایی و روش‌های گرماکافت (Thermolysis routes).

عوامل بسیار متعددی روی شکل نانوبلورهای سنتز‌شده تأثیر می‌گذارند. تعدادی از مهم‌ترین عوامل عبارتند از:   

· امکان سنتز شکل‌های خاصی از نانوبلورهای فلزی یا دیگر مواد جامد با طراحی روش‌های مناسب وجود دارد.

· ناخالصی‌های موجود در محیط واکنش (حتی به‌مقدار بسیار کم) تأثیر به‌سزایی روی شکل نهایی نانوبلور خواهند داشت. به‌عنوان مثال، حضور ناخالصی‌هایی مانند یون‌های Fe3+،  Fe+2و -Cl (در حد ppm) در سنتز نانوبلورهای نقره باعث تغییر مورفولوژی نانوبلور سنتز شده می‌شوند.  

· سنتز دقیق نانوبلورها نیاز به کنترل ویژه روی ترکیب شیمیایی سیستم واکنش دارد. این موضوع در سنتز نانوبلورهای فلزی مانند طلا و نقره که پیش‌ماده آن‌ها (AgCl, AgNO3) حساس به نور است از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. به‌عنوان مثال، محلول آبی حاوی نیترات نقره شامل مقادیر بسیار زیاد خوشه‌های تری‌مر است. حضور این خوشه‌ها به‌شدت روی سینتیک فرآیند کاهش و مسیر واکنش تأثیر گذاشته و درنتیجه باعث تغییر شکل نهایی نانوبلور می‌شود. دلیل این موضوع، ماهیت خودکاتالیستی نانوبلور فلزی حین رشد است.     

· گونه‌های گازی موجود در هوا مانند اکسیژن، نیتروژن، مونواکسید کربن و بخار آب، و هم‌چنین محصولات جانبی تولید‌شده حین واکنش، روی سرعت رشد صفحات بلوری تأثیرگذار هستند. به‌عنوان مثال، مورفولوژی نانوبلورهای پلاتین در حضور گازهای اکسیژن و مونواکسید کربن تغییر می‌کند.  

· همان‌طور که اشاره شد، روش‌های شیمیایی یا در محیط آبی یا در محیط آلی انجام می‌گیرند. هنگامی‎‌که فرآیند سنتز در محیط آبی انجام می‌گیرد، گونه‌های +H و +OH تولید می‌شوند که وجود این گونه‌ها باعث تغییر در شکل نانوبلورهای مختلف مانند طلا، نقره، پالادیوم و پلاتین می‌شود.

 

نتیجه‌گیری
نانوبلورهای فلزی از جایگاه ویژه‌ای در علوم و مباحث نوین و پیشرفته برخوردار بوده و به‌همین ‌دلیل، توجهات بسیار گسترده‌ای را به خود معطوف کرده‌اند. سنتز نانوبلور جامدات معدنی، به‌خصوص فلزات که بیش از دو سوم عناصر جدول تناوبی را تشکیل می‌دهند، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این مقاله به معرفی نانوبلورها، فرضیه سیر تکامل هسته به دانه، نانوبلورهای فلزات مختلف مانند طلا، نقره، مس، پلاتین، و هم‌چنین عوامل مؤثر بر شکل نانوبلورهای فلزی پرداخته شد. گفته شد که عوامل بسیار متعددی در تعیین خواص و کاربردهای نانوبلورها تأثیرگذار هستند. این عوامل عبارتند از: ترکیب شیمیایی، اندازه، شکل، ساختار و روش سنتز. اشاره شد که دانه زمانی به‌وجود می‌آید که یک خوشه تا اندازه بحرانی رشد کند. در حقیقت، این نقطه بحرانی، نقطه تولد یک دانه است. دانه‌های تشکیل شده را می‌توان پلی بین هسته و نانوبلورها درنظر گرفت. پالادیوم به عنوان یکی از جذاب‌ترین عناصر برای جذب مولکول هیدروژن در دمای اتاق و فشار اتمسفر شناخته می‌شود. به‌همین دلیل، از بلور پالادیوم به‌عنوان کاتالیزور در واکنش‌های هیدروژناسیون، هیدروژن‌زدایی و کراکینگ نفت خام استفاده می‌شود. تأکید شد که امروزه، اصلی‌ترین کاربرد نانوبلورهای پالادیومی در مبدل‌های کاتالیستی است. گفته شد که متداول‌ترین پیش‌ماده به‌کار رفته برای سنتز نانوبلورهای پالادیوم، ترکیب دی‌سدیم تتراکلروپالادیت است. اشاره شد که از نانوبلورهای نقره به‌عنوان کاتالیست در واکنش‌های اکسایش مانند تولید فرمالدهید از متانول و هوا و تبدیل اتیلن به اتیلن اکسید استفاده می‌شود. متداول‌ترین پیش‌ماده برای سنتز نانوبلور نقره، نیترات نقره است. گفته شد که نانوبلورهای طلا به‌دلیل دارا بودن پایداری شیمیایی بالا، مقاومت در برابر اکسایش و سازگاری خوب، به‌طور گسترده‌ای در کاربردهای کاتالیستی، الکترونیکی، فوتونیکی، بیولوژیکی، نانوپزشکی و حسگرها مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اشاره شد که می‌توان با کنترل عواملی مانند نوع ماده کاهنده، شرایط واکنش، نوع تثبیت‌کننده و شرایط ترمودینامیکی فرآیند سنتز می‌توان به نانوبلورهای پلی‌هدرال طلا دست یافت. تأکید شد که تمرکز اصلی پژوهش‌های انجام شده روی نانوبلورهای پلاتین در سال‌های اخیر روی افزایش هرچه بیشتر سطح ویژه این نانوبلورها برای بهبود کارآیی کاتالیستی آن‌ها است. سنتز نانوبلورها با دو روش اصلی شامل روش‌های فیزیکی و روش‌های شیمیایی انجام می‌پذیرد. در نهایت تأکید شد که عوامل بسیار متعددی روی شکل نانوبلورهای سنتز شده تأثیر می‌گذارند که باید با کنترل این شرایط، به مورفولوژی دلخواه دست یافت.

 

پیوست‌ها

پیوست 1

 پلاسمون به نوسانات جمعی الکترون‌های رسانش فلز هنگام عبور الکترون پرانرژی اطلاق می‌شود. اگر این الکترون‌ها درون حجم فلز قرار داشته باشند، پلاسمون حجمی نامیده می‌شوند. به پلاسمون‌های تشکیل شده در در سطح مشترک یک فلز و دی‌الکتریک، پلاسمون‌های سطحی گفته می‌شود. از کاربردهای مهم فناوری تشدید پلاسمون سطحی می‌توان به کاربردهای بیولوژیکی، تشخیص آلاینده‌ها و فرآیندهای کاتالیستی اشاره کرد.

 

پیوست 2

پراکندگی یا اثر رامان به پراکنش غیرکشسان فوتون گفته می‌شود. هنگام پراکنده شدن نور از یک اتم یا مولکول، بیشتر فوتون‌ها به‌صورت کشسان پراکنده می‌شوند. این فوتون‌ها دارای انرژی، فرکانس و طول موج یکسانی با پرتوهای فرودی هستند. از طرفی، تعداد بسیار کمی از فوتون‌ها (یک فوتون از ده میلیون فوتون) به‌صورت غیرکشسان پراکنش می‌یابند که دارای انرژی، فرکانس و طول موج متفاوتی با فوتون‌های فرودی هستند.

 

منابـــع و مراجــــع

Lin, Ning, Jin Huang, and Alain Dufresne. "Preparation, properties and applications of polysaccharide nanocrystals in advanced functional nanomaterials: a review." Nanoscale 4, no. 11 (2012): 3274-3294.

Williams, G. J., M. A. Pfeifer, I. A. Vartanyants, and I. K. Robinson. "Three-dimensional imaging of microstructure in Au nanocrystals." Physical review letters 90, no. 17 (2003): 175501.

Harfenist, Steven A., Zhong L. Wang, Robert L. Whetten, Igor Vezmar, and Marcos M. Alvarez. "Three‐dimensional hexagonal close‐packed superlattice of passivated Ag nanocrystals." Advanced Materials 9, no. 10 (1997): 817-822.

Song, Hyunjoon, Franklin Kim, Stephen Connor, Gabor A. Somorjai, and Peidong Yang. "Pt nanocrystals: shape control and Langmuir− Blodgett monolayer formation." The Journal of Physical Chemistry B 109, no. 1 (2005): 188-193.

] Lim, Byungkwon, Majiong Jiang, Jing Tao, Pedro HC Camargo, Yimei Zhu, and Younan Xia. "Shape‐controlled synthesis of Pd nanocrystals in aqueous solutions." Advanced Functional Materials 19, no. 2 (2009): 189-200.

Zhang, H. U. I., Mingshang Jin, Yujie Xiong, Byungkwon Lim, and Younan Xia. "Shape-controlled synthesis of Pd nanocrystals and their catalytic applications." Accounts of chemical research 46, no. 8 (2012): 1783-1794.

Chen, Mei, Binghui Wu, Jing Yang, and Nanfeng Zheng. "Small Adsorbate‐Assisted shape control of Pd and Pt nanocrystals." Advanced Materials 24, no. 7 (2012): 862-879.