Диссертация (1145499), страница 2
Текст из файла (страница 2)
.........290 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .......................................................................................................................300 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .....................................................................................................305 3ВведениеУспешное развитие методов неорганической и органической химии открылодля современной науки новые объекты – наноструктуры и наноматериалы,обладающиеуникальнымихимическимиирезультатомсталоихорошофункциональнымиконтролируемымисвойствами.установлениеНефизико-менеефундаментальныхважнымхимическихзакономерностей, механизмов, кинетики и термодинамики процессов,позволяющихвыполнятьуправляемыйсинтезнаноразмерныхлибоструктурированных на наноуровне твердофазных соединений. В настоящеевремя наноструктуры и наноматериалы представляют собой большой классобъектов,систематизациякоторыхпроводитсяпоразличнымхарактеристикам: компонентному составу, морфологии, мерности, структуреит.д.Анализтенденцийразвитиясовременнойнаукивобластисинтетических подходов к получению таких объектов и областей ихприменения свидетельствует об интересе к оптимизации и упрощениюспособов их получения с одной стороны и, с другой стороны, к созданиюболее сложных по составу, морфологии и структуре многофункциональныхнаноматериалов [1–3].
При этом особое внимание уделяется получению иисследованию металлических, в том числе би- и мультиметаллическихнаноструктур,обладающихплазмоннымисвойствами,углеродныхнаноматериалов различной мерности (нульмерные 0D, одномерные 1D, атакже2Dи3Dструктуры),атакжемногофазных(гибридных)наноматериалов.Интерес к мультиметаллическим наноструктурам определяется впервую очередь совершенно новыми свойствами, возникающими вследствиепространственногоограниченияиувеличениясоотношениядолиповерхностных атомов по сравнению с объемными при переходе кнаноразмерному состоянию, причем при комбинировании двух и болееметаллов в одной структуре появляется дополнительная возможность4тонкого управления электронной подсистемой (а, значит, всем наборомфизико-химических и функциональных свойств) за счет выбора типовкомбинируемых металлов, их соотношения, а также морфологии структуры вцелом.К гибридным наноматериалам (англ.
hybrid nanomaterials) относятматериалы, которые получаются в результате объединения двух или болеефаз, причем как размеры компонентов, так и общие размеры гибридныхструктур остаются в нанометровом диапазоне. Гибридные наноматериалыобладают широким спектром интересных свойств за счет управляемойвариации таких параметров как состав, структура, морфология. Кроме того,объединение различных компонентов в одной структуре, как и их взаимноевлияние, приводит к получению материала, обладающего не толькоаддитивными свойствами, соответствующими составным компонентам, но ипоявлению новых свойств за счет синергетических эффектов.
В связи сдемонстрациейвозможностиполученияграфена,атакжедругихсинтетических аллотропных модификаций углерода резко возрос интерес куглеродным наноструктурам и гибридным материалам на их основе,например, металлокарбоэдренам M[8]C[12], пиподам М@C@HT, графену иуглеродным нанотрубкам с наночастицами металлов, металл/углероднымнаноастицам со структурой ядро/оболочка и т.д. [4–8].
Традиционный синтезподобных многокомпонентных материалов, сложных по структуре иморфологии,какправило,основаннамногостадийныхпроцессах,требующих либо предварительного получения составных нанокомпонентов ипроцедуры их последующего объединения, либо постадийного синтеза,позволяющего последовательно формировать требуемые компоненты наповерхности исходной матрицы [9–12]. Как правило, такие многостадийныеподходы позволяют получать наноструктуры только определенного типа, асами процедуры синтеза достаточно длительны и трудоемки. Развитие новыхподходов к синтезу сложных по составу, структуре и морфологии гибридныхвеществ с заданными характеристиками может обеспечить не только5получение целевого продукта для решения практических задач, но ипотенциально развить фундаментальные представления о новых химическихпроцессах.
Одним из интересных подходов, предлагающих разнообразныеспособыинициациихимическихреакций,азначит,возможностьуправляемого получения наноразмерных структур является использованиелазерного излучения для термохимического или фотохимического, либоспектрально-селективного возбуждения химической системы.В представленной работе рассматриваются вопросы взаимодействияоптическогоизлучениясвеществом,основноевниманиеуделяетсяпроцессам воздействия лазерного излучения на гетерогенные системы«твердое тело/жидкость», либо гомогенные системы (растворы солейметаллов либо металлоорганических комплексов), причем химическаяактивность жидкой фазы определяется условиями лазерного воздействия.Результатом воздействия лазерного излучения является формированиетвердофазныхвеществ,структурированныхнананоуровне.Выборпреимущественно гетерогенных систем в качестве объектов лазерноговоздействия обусловлен более широким, по сравнению с гомогеннымисистемами, разнообразием химических процессов, которые могут бытьинициированы лазерным излучением.
Кроме того, изменение химическойактивности выбранной системы может быть реализовано за счет различныхпроцессов, например фотохимического либо термохимического режимоввоздействия лазерного излучения. Предложенный в работе подход –использование в качестве жидкой фазы растворов фоточувствительныхгетерометаллических комплексов – позволяет реализовать процесс, вкотором лазерное излучение участвует только лишь на стадии такназываемой«лазернойподготовки»химическойсистемы;процессыпоследующего формирования твердой фазы проходят без участия лазерногоизлучения.Актуальность проведения исследований в данном направлении впоследнее время непрерывно возрастает в силу уникальных свойств6получаемых в результате структур и материалов, а также возможностейнаправленной модификации их свойств за счет варьирования в широкихпределах параметров, как лазерного излучения, так и среды, на которуюпроисходит воздействие лазерного излучения.
Следует отметить, что приоценкеперспективностирешениясовременныхпроблемнаосновеобсуждаемых в работе химических процессов, индуцируемых лазернымизлучением, важным фактором является возможность целенаправленногоуправления свойствами синтезируемых твердофазных веществ и материалов.Таким образом, все вышесказанное определяет актуальность развитияновыхметодовполучениясложныхпосоставуиморфологиинаноматериалов.Цельюнастоящейработыявлялосьисследованиепроцессовформирования твердофазных веществ в растворах и на границе разделажидкость/твердое тело под воздействием лазерного излучения.
Для этогобыли поставлены и решались следующие задачи:- Обоснование и исследование фотохимического и фототермическогорежимов лазерного синтеза твердофазных веществ;- Установление параметров лазерного излучения и физико-химическихсвойств облучаемого объекта, определяющих характеристики получаемыхтвердофазных веществ;- Исследование физико-химических свойств твердофазных веществ,полученных под воздействием лазерного излучения;- Установление механизмов формирования твердофазных веществ приразличных режимах воздействия лазерного излучения на гомогенные игетерогенные системы;- Выявление взаимосвязи физико-химических и функциональныхсвойств твердофазных веществ, получаемых в результате воздействиялазерного излучения на гомогенные и гетерогенные системы.В представленной работе объектами исследований являются водныерастворы электролитов (на основе солей меди, никеля, хрома), растворы7металлоорганических комплексов (монометаллических комплексов золота,биметаллических Au-Ag, Au-Cu алкинил-фосфиновых комплексов), а такжеструктуры, полученные в результате воздействия лазерного излучения награницы раздела жидкость/твердая фаза.
Выбранные в качестве объектовисследования растворы обеспечивают возможность реализации и изучениякактермохимических,такифотохимическихпроцессов,которыеразвиваются под воздействием лазерного излучения на среду, а такжепозволяютварьироватьвширокомдиапазонесостав,структуруиморфологию твердофазных соединений и материалов, получаемых врезультате лазерно-индуцированного синтеза.Решениепоставленныхвработезадачосуществлялосьсиспользованием различных экспериментальных методов: для полученияметаллических структур использовался метод лазерно-индуцированногоосаждения металла из раствора (ЛОМР). Разработанная в данной работемодификацияметодаЛОМРпозволилаполучатьгибридныеметалл/углеродные наноструктуры.
В качестве источников лазерногоизлучения для реализации лазерно-индуцированного осаждения из растворовиспользовались различные лазерные системы (аргоновый лазер, Нe-Cd лазер,YAG:Nd лазер), обеспечивающие вариацию длины волны и мощностилазерного излучения в широких диапазонах. Исследование морфологии иструктурыполученныхматериаловпроводилосьсиспользованиемсканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, а такжерентген-дифракционногоанализа.Компонентныйсоставифизико-химические свойства синтезируемых веществ исследовались с помощьюэнергодисперсионнойрентгеновскойспектроскопии,рентгеновскойфотоэлектронной спектроскопии, Оже-электронной спектроскопии, массспектрального анализа, спектроскопии комбинационного рассеяния света, атакже ИК-Фурье спектроскопии.
Установление взаимосвязи «состав –структура–свойство»комбинационногопроизводилосьрассеяниясвета,8спомощьюспектроскопииспектроскопиипоглощения,поляризационноймикроскопии,циклическойвольтамперометрии,импедансной спектроскопии.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, 6 глав и заключения. Работа изложена на335 страницах, включает 133 рисунка, 15 таблиц и список литературы - 372ссылки.Впервойглавепредставленобзорлитературыпоразвитиюпредставлений о химических процессах, инициируемых под воздействиемлазерного излучения, а также способах получения веществ, в том численаноструктурированных, с использованием различных режимов лазерноговоздействия.Рассмотреныособенностихимическихпроцессов,развивающихся при воздействии лазерного излучения на гомогенные среды игетерогенные системы (границы раздела газ/жидкость, газ/твердое тело,жидкость/твердое тело).Во второй главе рассмотрены процессы лазерного воздействия нагетерогенную систему подложка/раствор электролита и гомогенную среду(растворэлектролита)врежиметермоиндуцированноговоздействия.Представлены результаты экспериментов по осаждению меди на поверхностьподложек из растворов электролитов различного состава, по соосаждениюметалловразличнойактивноститермоиндуцированномусинтезу(Cu-Ni,наночастицCu-Cr),серебраатакжевпорезультатевоздействия сфокусированного высокоинтенсивного лазерного излучения нарастворы солей серебра.Втретьейглаведемонстрируетсявозможностьполучениятвердофазных веществ в результате лазерно-индуцированного осаждения израстворовкомплексовметаллоорганическихзолотаикомплексовсемейства–полиядерныхмонометаллическихфосфин-алкинильныхгетерометаллических кластерных соединений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
