بررسی نقش جنس الکترود و غلظت محافظت کننده CTABدر سنتز نانو ذرات مس به روش الکتروشیمیایی

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

حمیدرضا احمدی ¹ (گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه، ساوه، ایران)
غلامرضا خلج ² (گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه، ساوه، ایران)
مرتضی محمودان ³ (گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه، ساوه، ایران)
مجید پورعبدالله ⁴ (گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه، ساوه، ایران)
متین زجاجی ⁵ (گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه، ساوه، ایران)

تاریخ دریافت : 1401/09/03 تاریخ پذیرش : 1401/10/30 تاریخ انتشار : 1401/06/01

کلید واژه: نانوذره, مس, الکترولیت, سنتز الکتروشیمیایی, CTAB,

چکیده مقاله :

چکیده
مقدمه: پودر نانو مس به روش­های مختلفی تهیه می­شود که می­توان به روش­های احیای شمیایی، تبخیر- رسوب، پلاسما، مکانیکی شیمیایی، انفجار الکتریکی، رسوب الکترولیتی و اتمیزه کردن مذاب فلز اشاره کرد. در میان اینها، روش الکترولیتی به دلیل ساده بودن فرآیند، مصرف انرژی کم، بازده بالا، کنترل آسان، آلودگی محیط زیست کم، مورد توجه است. در این پژوهش نقش جنس الکترود و غلظت محافظت کننده در سنتز الکتروشیمیایی نانو ذرات مس مورد بررسی قرار گرفت.
روش­: چگالی جریان و دما ثابت و به ترتیب برابر با A/cm² 04/0 و C° 50 و فاصله بین کاتد و آند 5/2 سانتی متر به عنوان ثوابت تحقیق در نظر گرفته شد. متغیرهای تحقیق شامل الکترودهای کاتدی مس، طلا، فولاد و روبیدیم و همچنین غلظت محافظت کننده CTAB بود.
یافته­ ها: نتایج نشان داد با کاتد مس و طلا می­توان به اندازه بلورک­های کوچک­تری دست یافت. آنالیز XRDنشان داد که بهترین خلوص نانو ذرات مس، توسط کاتد مس بدست می آید. نتایج SEM نشان داد که کاتد طلا منجر به تشکیل ذرات کروی و غیر مکعبی؛ و کاتد مس باعث تشکیل ذرات مکعبی شکل شده اند. با افزایش مقدار CTAB میزان خلوص مس افزایش یافته و به­طور موثری از رشد نانو ذرات مس ممانعت شد. شاخص بلورینگی بیش از یک و فلز مس بصورت پلی کریستال است.
نتیجه ­گیری: از آنجا که روش الکترولیز جزء روش­های ارزان و آسان محسوب می­شود و قابلیت صنعتی شدن را دارد؛ نقش جنس الکترود و ترکیب الکترولیت در سنتز نانو ذرات مس بررسی شد تا اثر این پارامترها در مسیر صنعتی شده مورد ارزیابی قرار گیرد.

چکیده انگلیسی:

Abstract
Introduction: Nano copper powder is prepared by various methods, which can be mentioned as chemical regeneration, evaporation-deposition, plasma, chemical mechanical, electric explosion, electrolytic deposition and liquid metal atomization methods. Among these, the electrolytic method is more ideal due to the simplicity of the process, low energy consumption, high efficiency, easy control, and low environmental pollution. In this research, the role of electrode material and protective concentration in the electrochemical synthesis of copper nanoparticles was investigated.
Methods: constant current density and temperature equal to 0.04 A/cm² and 50 C° and the distance between cathode and anode 2.5 cm were considered as research constants. Research variables included copper, gold, steel and rubidium cathode electrodes as well as CTAB protective concentration
Findings: . The results showed that smaller crystals can be obtained with copper and gold cathodes. XRD analysis showed that the best purity of copper nanoparticles is obtained by copper cathode. SEM results showed that the gold cathode leads to the formation of spherical and non-cubic particles; and the copper cathode caused the formation of cubic particles. By increasing the amount of CTAB, the purity of copper increased and the growth of copper nanoparticles was effectively prevented. The crystallinity index is more than one and the copper metal is polycrystalline.

منابع و مأخذ:

[1] M.B. Gawande, A. Goswami, F.X. Felpin, , T. Asefa, X. Huang, R. Silva, R.S. Varma, Cu and Cu-based nanoparticles: synthesis and applications in catalysis. Chemical reviews, 116(2016), 3722-3811.

[2] S.H. Wu, D.H. Chen, Synthesis of high-concentration Cu nanoparticles in aqueous CTAB solutions. Journal of colloid and interface science, 273(2004), 165-169.

[3] H. Hashemipour, M.E. Zadeh, R. Pourakbari, P. Rahimi, Investigation on synthesis and size control of copper nanoparticle via electrochemical and chemical reduction method. International Journal of Physical Sciences, 6(2011), 4331-4336.

[4] J. Wang , X. Zhao , F. Tang, Y. Li , Y. Yan , L. Li, Synthesis of copper nanoparticles with controllable crystallinity and their photothermal property, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 626 (2021) 126970.

[5] ف. ابراهیم زاده، "سنتز و شناسایی نانو ذرات مس پایدار از لحاظ شیمیایی در محیط‌های آبی با کنترل شکل و اندازه ذرات‌ با روش احیاء شیمیایی درحضور مالئیک اسید و پلی وینیل پیرولیدون"، فصلنامه علمی-پژوهشی مواد نوین، 1396، 8(29): 121-128.

[6] F. Parveen, S. Basavaraja, V.M. Mandke, H. M. Pathan, Copper nanoparticles: Synthesis methods and its light harvesting performance, Solar Energy Materials and Solar Cells 144 (2016): 371-382.

[7] G. Rajagopal, A. Nivetha, M. Sundar, T. Panneerselvam, S. Murugesan, P. Parasuraman, S. Kumar, S Ilango, S. Kunjiappan, Mixed phytochemicals mediated synthesis of copper nanoparticles for anticancer and larvicidal applications, Heliyon 7 (2021) e07360

[8] S. A. Akintelu, A. S. Folorunso, F. Adekunle. Folorunso, A. K. Oyebamiji. Green synthesis of copper oxide nanoparticles for biomedical application and environmental remediation. Heliyon 6 (2020) -04508.

[9] E. A. Mohamed, Green synthesis of copper and copper oxide nanoparticles using the extract of seedless dates, Heliyon 6 (2020) -03123.

[10] M.I. Din, R. Rehan, Synthesis, characterization, and applications of copper nanoparticles, Anal. Lett. 50 (2017) 50–62.

[11] I. Prabha, A. Nivetha, C. Sakthivel, Effective/comparative investigation on green mediated nano copper oxide: fabrication, characterization and environmental applications. Materials Today: Proceedings 51 (2022): 1690-1695.

[12] M. Benguigui, I.S. Weitz, M. Timaner, T. Kan, D. Shechter, O. Perlman, et al., Copper oxide nanoparticles inhibit pancreatic tumor growth primarily by targeting tumor initiating cells, Scientific Reports 9, 1 (2019),1-10.

[13]  د. یارعلی، ر. احمدی، ر. حسینی، "سنتز نانو ذرات اکسید فلزی مس - قلع به روش انفجار الکتریکی سیم و بررسی خواص ضد باکتری آن"، فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین، 1397، 8(32)، 136-125.

[14] R. Katwal, H. Kaur, G. Sharma, M. Naushad, D. Pathania, Electrochemical synthesized copper oxide nanoparticles for enhanced photocatalytic and antimicrobial activity, Journal of Industrial and Engineering Chemistry 31 (2015): 173-184.

[15] A. B. Isaev, N. A. Zakargaeva, and Z. M. Aliev, Electrochemical Synthesis of Cu2O Nanoparticles at High Pressure and Investigation of Their Photocatalytic Activity, Nanotechnologies in Russia, 6 (2011) 463–467.

[16] T. Theivasanthi and M. Alagar, Nano sized copper particles by electrolytic synthesis and characterizations, International Journal of the Physical Sciences 6(2011). 3662-3671.

[17] X. Pan, I. Medina-Ramirez, R. Mernaugh, J. Liu, Nanocharacterization and bactericidal performance of silver modified titania photocatalyst, Colloids and Surfaces: B Biointerfaces 77 (2010) 82–89.

[18] E. Alzahrani, R. A. Ahmed, Synthesis of Copper Nanoparticles with Various Sizes and Shapes: Application as a Superior Non-Enzymatic Sensor and Antibacterial Agent, International Journal of Electrochemical Science 11, 6 (2016): 4712-4723.

[19] I. Haas, A. Gedanken, Sonoelectrochemistry of Cu2+ in the Presence of Cetyltrimethylammonium Bromide: Obtaining CuBr Instead of Copper, Chemistry of materials 18, no. 5 (2006): 1184-1189.

[20] D. Mott, J. Galkowski, L. Wang, J. Luo, and C.-J. Zhong, Synthesis of Size-Controlled and Shaped Copper Nanoparticles, Langmuir 23 (2007) 5740-5745.