Диссертация (Химически модифицированные нанокомпозиты на основе серебра для спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния маркеров нефтепродуктов)

Федеральное государственное бюджетное учреждение высшегопрофессионального образования«Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова»Факультет наук о материалахНа правах рукописиСИДОРОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧХИМИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ НАОСНОВЕ СЕРЕБРА ДЛЯ СПЕКТРОСКОПИИ ГИГАНТСКОГОКОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ МАРКЕРОВ НЕФТЕПРОДУКТОВСпециальность02.00.21 – Химия твёрдого телаДиссертация на соискание ученой степеникандидата химических наукНаучный руководитель:д.х.н., чл.-корр. РАН Гудилин Е.А.Москва – 2016СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ4,6-ДМДБТ – 4,6-диметилдибензотиофенSERS – Surface-Enhanced Raman ScatteringSERRS – Surface-Enhanced Resonance Raman ScatteringАСМ – атомно-силовая микроскопияВЗМО – высшая занятая молекулярная орбитальВЭЖХ-МС – высокоэффективная жидкостная хроматография с тандемной массспектрометриейГКР – гигантское комбинационное рассеяниеДБТ – дибензотиофенДБТО – дибензотиофен-сульфоксидДБТО2 – дибензотиофен-сульфонДДХ – 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинонДМСО – диметилсульфоксидДРС – динамическое рассеяние светаДТА – дифференциальный термический анализКМЦ – карбоксиметилцеллюлозаКПЗ – комплекс с переносом зарядаКР – комбинационное рассеяниеКУ – коэффициент усиленияНЧ – наночастицаНЗМО – низшая занятая молекулярная орбитальОВЦ – окислительно-восстановительное циклированиеПАВ – поверхностно-активное веществоПАГСУ – полиароматический гетероциклический серосодержащий углеводородПАК – полиакриловая кислотаПАУ – полиароматический углеводородПВА – поливинилацетатПВП – поливинилпирролидонПВС – поливиниловый спиртПДАДМАХ – полидиаллилдиметиламмоний хлоридПДДА – полидиаллилдиметиламмоний2ППР – полоса плазмонного резонансаПЭМ – просвечивающая электронная микроскопияРФА – рентгенофазовый анализРФЭС – рентгеновская фотоэлектронная спектроскопияРЭМ – растровая электронная микроскопияТГА – термогравиметрический анализТЦНХ – 7,7,8,8-тетрацианохинондиметанУФ – ультрафиолетовыйИК – инфракрасный3СОДЕРЖАНИЕ1.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ...................................................................................................... 141.1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ СПЕКТРОСКОПИИ ГИГАНТСКОГО КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ ...............141.2. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ СПЕКТРОСКОПИИ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ .......151.3. ХИМИЧЕСКИЙ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МЕХАНИЗМ УСИЛЕНИЯ КОМБИНАЦИОННОГОРАССЕЯНИЯ. ............................................................................................................................................181.4. ПЛАЗМОННЫЕ СВОЙСТВА НАНОРАЗМЕРНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ СПЕКТРОСКОПИИГКР..........................................................................................................................................................231.5. НАНОСТРУКТУРЫ С ЛОКАЛЬНЫМ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАЗМОННЫМ РЕЗОНАНСОМ ....................261.6.

СОЗДАНИЕ ПЛАНАРНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ НАНОЧАСТИЦ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ .........321.6.1. Методы литографии.............................................................................................................331.6.2. Метод Ленгмюра-Блоджетт ..............................................................................................371.6.3. Метод микропечати .............................................................................................................421.6.4.

Метод трафаретной печати ..............................................................................................451.6.5. Электрохимический метод .................................................................................................461.6.6.

Метод магнетронного напыления ......................................................................................481.6.7. Метод термического разложения капель аэрозоля .........................................................491.7. ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ НАНОЧАСТИЦЫБЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ, ДЛЯ СПЕКТРОСКОПИИ ГКР .......................................................................551.8. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ С ПОМОЩЬЮ СПЕКТРОСКОПИИ ГКР..691.9. КОМПЛЕКСЫ С ПЕРЕНОСОМ ЗАРЯДА И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В СПЕКТРОСКОПИИ ГКР......................841.10. КОММЕРЧЕСКИЕ ОПТИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРНЫЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ СПЕКТРОСКОПИИГИГАНТСКОГО КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ И ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАЗМОННОГО РЕЗОНАНСА 862.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................................ 913. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ........................................................................................ 933.1. ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА И МАТЕРИАЛЫ ...........................................................................................933.2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ...........................................................................943.2.1.

Получение коллоидных растворов наночастиц серебра путем восстановленияраствора нитрата серебра боргидридом натрия ......................................................................953.2.2. Получение наночастиц серебра с помощью пиролиза аэрозоля аммиачногокомплекса серебра (I) .......................................................................................................................953.2.3. Получение консолидированных порошков наночастиц серебра с использованиемтрадиционных восстанавливающих агентов .............................................................................963.2.4.

Оптимизация процедур получения шероховатых стеклянных подложек ..................973.2.5. Получение планарных наноструктурированных серебряных покрытий методомтермического разложения капель аэрозоля аммиачного комплекса серебра (I)...................973.2.6. Получение наноструктурированных серебряных покрытий методом магнетронногонапыления .........................................................................................................................................983.2.7. Приготовление растворов полимеров ................................................................................983.2.8.

Получение многослойных структур для планарных оптических индикаторныхсистем ...............................................................................................................................................983.3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ ......................................................................................1003.3.1. Аналитические методы и используемое оборудование .................................................1003.3.2. Изучение процесса фотодеградации комплекса с переносом заряда при ГКР-анализе...........................................................................................................................................................1023.3.3.

Изучение метрологических характеристик оптической индикаторной системы 10343.3.4. Определение ДБТ и производных в топливе с помощью метода ГХ-МС ...................1053.3.5. Количественная оценка усиления сигнала комбинационного рассеяния ...................1063.3.6. Оценка сорбционной способности нанесенного слоя хитозана с помощьютермогравиметрического анализа ..............................................................................................1064. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ .......................................................................................... 1074.1. ГИДРОЗОЛИ И КОНСОЛИДИРОВАННЫЕ ПОРОШКИ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА ДЛЯ СПЕКТРОСКОПИИГКР........................................................................................................................................................1104.2.

ПОЛУЧЕНИЕ ПЛАНАРНЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СЕРЕБРЯНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОММАГНЕТРОННОГО НАПЫЛЕНИЯ И ТЕРМИЧЕСКИМ РАЗЛОЖЕНИЕМ КАПЕЛЬ АЭРОЗОЛЯ АММИАЧНОГОКОМПЛЕКСА СЕРЕБРА (I) ......................................................................................................................1204.3. АКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ ИНДИКАТОРНЫХ СИСТЕМ ...................................1404.4. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ С ПЕРЕНОСОМ ЗАРЯДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛИАРОМАТИЧЕСКИХГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ СПЕКТРОСКОПИИ ГКР ......1524.5.

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА ОПТИЧЕСКОЙ ИНДИКАТОРНОЙСИСТЕМЫ С ПОЛИМЕРНЫМ СЛОЕМ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА И МЕТОДИК ИЗМЕРЕНИЙ .......................1615. ВЫВОДЫ ................................................................................................................................ 177СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................................................... 179ПРИЛОЖЕНИЕ 1. КОММЕРЧЕСКИ ДОСТУПНЫЕ АНАЛОГИ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХОПТИЧЕСКИХ ИНДИКАТОРНЫХ СИСТЕМ .......................................................................

209ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ТИПИЧНЫЕ СПЕКТРЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТАНАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА, ПОЛУЧЕННЫХ БОРГИДРИДНЫМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ..................................................................................................................................................... 213ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ОПТИЧЕСКИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОБРАЗЦОВ, ПОЛУЧЕННЫХМЕТОДОМ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ КАПЕЛЬ АЭРОЗОЛЯ АММИАЧНОГОКОМПЛЕКСА СЕРЕБРА .......................................................................................................... 214ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБРАЗЦОВ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ КАПЕЛЬ АЭРОЗОЛЯ АММИАЧНОГО КОМПЛЕКСАСЕРЕБРА .................................................................................................................................... 215ПРИЛОЖЕНИЕ 5.