Синтез наноматериалов с использованием ПАВ

Abstract

Рассмотрены методы синтеза наноматериалов с применением поверхностно-активных веществ. Приведен краткий анализ и классификация ПАВ. Одним из методов является синтез нанопористых трехмерно упорядоченных оксидных, халькогенидных или металлических наноматериалов в структуре лиотропных жидких кристаллов, формирующихся в высококонцентрированных водных растворах ПАВ. Отмечена пионерская работа 1992 г. по созданию первого мезопористого силикатного материала, послужившая инициатором широкой волны исследований в этой области. Другим методом является использование обратных мицелл ПАВ в углеводородных средах, что позволяет проводить реакции в объеме микрокапель растворов реагирующих компонентов и тем самым уменьшать размер образующихся наночастиц. Для целенаправленного использования ПАВ необходимо знание двойных и тройных диаграмм состояния вода - ПАВ и вода - масло - ПАВ, которые строятся согласно классическим представлениям физической химии о равновесии в двух- и многокомпонентных системах. В обзоре приведены наиболее подробно охарактеризованные двойные и тройные диаграммы состояния, имеющие значение для матричного синтеза. Обсуждены методы исследования диаграмм состояния. Затронуты также близко родственные системы на основе блок-сополимеров, ряд которых также может быть рассмотрен как высокомолекулярные ПАВ. Отдельно рассмотрены оксидные и оксигидроксидные наноматериалы, включающие соединения Si, Al, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mn, W, Sn, Ce и смешанных материалов, с матрицей из SiO₂, на которую нанесено некоторое количество оксида другого металла: Al, V, Cr, Fe, Zr, Mo, Ni, либо металлические частицы катализаторов: Ag, Pt или Pd, полученные с применением ПАВ в процессе осаждения неорганической фазы. Приведены примеры наиболее упорядоченных мезопористых наноматериалов, образующих трехмерно периодические структуры с открытой пористостью. Предложены пути дальнейшего развития метода матричного синтеза наноматериалов с использованием ПАВ. This review considers the methods of nanomaterials synthesis using surfactants. It provides a brief analysis and classification of surfactants. One of the methods is the synthesis of nanoporous three-dimensional-ordered oxide, chalcogenide, or metal nanomaterials in the structure of lyotropic liquid crystals formed in highly concentrated aqueous solutions of surfactants. The 1992 pioneering work on the creation of the first mesoporous silicate material, which initiated a wide wave of research in this area, is also pointed out. Another method is the use of surfactants' reverse micelles in hydrocarbon media, which allows performing reactions in microdrops volume of reacting components' solutions and thereby reduces the size of the formed nanoparticles. For targeted use of surfactants, it is necessary to know the diagrams of the double and triple diagrams of water-surfactants and water-oil-surfactants state, which are formed according to the classical concepts of physical chemistry about equilibrium in two- and multicomponent systems. This review provides the most detailed double and triple state diagrams, which are important for matrix synthesis. The methods of the state diagrams research are discussed. Close related systems based on block copolymers, a number of which can also be considered as high-molecular surfactants, are also touched upon. Oxide and oxyhydroxide nanomaterials, including Si, Al, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Mn, W, Sn, Ce and mixed materials compounds, with a matrix of SiO₂, on which a certain amount of another metal oxide is deposited: Al, V, Cr, Fe, Zr, Mo, Ni, or metal particles of catalysts: Ag, Pt or Pd, obtained using surfactants in the process of inorganic phase deposition, are considered separately. The review provides examples of the most structured mesoporous nanomaterials, which form three-dimensional periodic structures with open porosity. It suggests ways of further development for the method of nanomaterials matrix synthesis using surfactants.