Doklady ChemistryDoklady ChemistryДоклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах2686-95353034-5111The Russian Academy of Sciences68095810.31857/S2686953524050022JHCTCUCHEMISTRYХИМИЯResearch ArticlePreparation of copper and nickel based nanoparticles by magnetron sputtering and their use in sulfur–sulfur bond activation reactionПолучение наночастиц на основе меди и никеля… методом магнетронного распыления и их использование в реакции активации связи сера–сераKashinА. S.КашинА. С.
Russian Federation
a.kashin@ioc.ac.ruN.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry, Russian Academy of SciencesИнститут органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук191220245181233129052025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/2686-9535/article/view/680958

The present work is devoted to a systematic study of the advantages and limitations of the magnetron sputtering method, which is a convenient and promising way to obtain nanosized particles directly from the bulk metal, when it is used to prepare nanoparticles of the first-row transition metals. In the course of the study, variation of sputtering media based on ionic liquids, eutectic solvents, low and high molecular weight organic compounds was carried out. Particles of copper, nickel, a copper-nickel alloy and a copper-zinc alloy were obtained. Using the example of the activation reaction of the sulfur–sulfur bond in diphenyl disulfide, it has been shown that up to 96% of the sputtered copper can be effectively used in catalysis, whereas in the case of nickel and zinc about three quarters of the metal can be converted to an inactive form, at the same time readily oxidizable components can act as sacrificial stabilizers for moderately active metal particles in sputtering two-component alloys.

Настоящая работа посвящена систематическому исследованию преимуществ и ограничений метода магнетронного распыления, являющегося удобным и перспективным способом получения наноразмерных частиц напрямую из массы металла, при его использовании для приготовления наночастиц металлов первого переходного ряда. В ходе работы проведено варьирование сред для напыления на основе ионных жидкостей, эвтектических растворителей, низко- и высокомолекулярных органических соединений. Получены частицы меди, никеля, а также медно-никелевого и медно-цинкового сплавов. На примере реакции активации связи сера–сера в дифенилдисульфиде показано, что до 96% распыленной меди может быть эффективно использовано в катализе, тогда как в случае никеля и цинка порядка трех четвертей металла может выводиться из системы в неактивной форме, при этом легкоокисляемые компоненты могут выступать в качестве жертвенных стабилизаторов для частиц умеренно активных металлов в случае напыления двухкомпонентных сплавов.

metal nanoparticlesmetal thiolatesmagnetron sputteringelectron microscopyionic liquidsнаночастицы металловтиоляты металловмагнетронное распылениеэлектронная микроскопияионные жидкостиРоссийский научный фондRussian Science Foundation22-13-00286

Represented by Academician of the RAS V.P. Ananikov

Представлено академиком РАН В.П. Ананиковым

Biffis A., Centomo P., Del Zotto A., Zecca M. // Chem. Rev. 2018. V. 118. № 4. P. 2249–2295. http s://doi.org/10.1021/acs.chemrev.7b00443Dalton T., Faber T., Glorius F. // ACS Cent. Sci. 2021. V. 7. № 2. P. 245–261. http s://doi.org/10.1021/acscentsci.0c01413Chan A.Y., Perry I.B., Bissonnette N.B., Buksh B.F., Edwards G.A., Frye L.I., Garry O.L., Lavagnino M.N., Li B.X., Liang Y., Mao E., Millet A., Oakley J.V., Reed N.L., Sakai H.A., Seath C.P., MacMillan D.W.C. // Chem. Rev. 2022. V. 122. № 2. P. 1485–1542. http s://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00383Devendar P., Qu R.-Y., Kang W.-M., He B., Yang G.-F. // J. Agric. Food Chem. 2018. V. 66. № 34. P. 8914–8934. http s://doi.org/10.1021/acs.jafc.8b03792Hayler J.D., Leahy D.K., Simmons E.M. // Organometallics. 2019. V. 38. № 1. P. 36–46. http s://doi.org/10.1021/acs.organomet.8b00566Xia Y., Yang H., Campbell C.T. // Acc. Chem. Res. 2013. V. 46. № 8. P. 1671–1672. http s://doi.org/10.1021/ar400148qXie C., Niu Z., Kim D., Li M., Yang P. // Chem. Rev. 2020. V. 120. № 2. P. 1184–1249. http s://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00220Astruc D. // Chem. Rev. 2020. V. 120. № 2. P. 461–463. http s://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00696Hong K., Sajjadi M., Suh J.M., Zhang K., Nasrollahzadeh M., Jang H.W., Varma R.S., Shokouhimehr M. // ACS Appl. Nano Mater. 2020. V. 3. № 3. P. 2070–2103. http s://doi.org/10.1021/acsanm.9b02017Ohtaka A. // Catalysts. 2021. V. 11. № 11. P. 1266. http s://doi.org/10.3390/catal11111266Cha J.-H., Park S.-M., Hong Y.K., Lee H., Kang J.W., Kim K.-S. // J. Nanosci. Nanotechnol. 2012. V. 12. № 4. P. 3641–3645. http s://doi.org/10.1166/jnn.2012.5590Cloud J.E., McCann K., Perera K.A.P., Yang Y. // Small. 2013. V. 9. № 15. P. 2532–2536. http s://doi.org/10.1002/smll.201202470Cloud J.E., Yoder T.S., Harvey N.K., Snow K., Yang Y. // Nanoscale. 2013. V. 5. № 16. P. 7368–7378. http s://doi.org/10.1039/c3nr02404kSarcina L., García-Manrique P., Gutiérrez G., Ditaranto N., Cioffi N., Matos M., Blanco-López M.d.C. // Nanomaterials. 2020. V. 10. № 8. P. 1542. http s://doi.org/10.3390/nano10081542Zhang J., Chaker M., Ma D. // J. Colloid Interface Sci. 2017. V. 489. P. 138–149. http s://doi.org/10.1016/j.jcis.2016.07.050Jiang Z., Li L., Huang H., He W., Ming W. // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. № 23. P. 14658. http s://doi.org/10.3390/ijms232314658Balachandran A., Sreenilayam S.P., Madanan K., Thomas S., Brabazon D. // Results Eng. 2022. V. 16. P. 100646. http s://doi.org/10.1016/j.rineng.2022.100646Nyabadza A., Vazquez M., Brabazon D. // Crystals. 2023. V. 13. № 2. P. 253. http s://doi.org/10.3390/cryst13020253Wender H., Migowski P., Feil A.F., Teixeira S.R., Dupont J. // Coord. Chem. Rev. 2013. V. 257. № 17–18. P. 2468–2483. http s://doi.org/10.1016/j.ccr.2013.01.013Cha I.Y., Yoo S.J., Jang J.H. // J. Electrochem. Sci. Technol. 2016. V. 7. № 1. P. 13–26. http s://doi.org/10.5229/JECST.2016.7.1.19Qadir M.I., Kauling A., Ebeling G., Fartmann M., Grehl T., Dupont J. // Aust. J. Chem. 2019. V. 72. № 2. P. 49–54. http s://doi.org/10.1071/CH18183Cano I., Weilhard A., Martin C., Pinto J., Lodge R.W., Santos A.R., Rance G.A., Åhlgren E.H., Jónsson E., Yuan J., Li Z.Y., Licence P., Khlobystov A.N., Alves Fernandes J. // Nat. Commun. 2021. V. 12. P. 4965. http s://doi.org/10.1038/s41467-021-25263-6Nguyen M.T., Deng L., Yonezawa T. // Soft Matter. 2022. V. 18. № 1. P. 19–47. http s://doi.org/10.1039/D1SM01002FHirano M., Enokida K., Okazaki K.-i., Kuwabata S., Yoshida H., Torimoto T. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 15. № 19. P. 7286–7294. http s://doi.org/10.1039/c3cp50816aZhou Y.-Y., Liu C.-H., Liu J., Cai X.-L., Lu Y., Zhang H., Sun X.-H., Wang S.-D. // Nano-Micro Lett. 2016. V. 8. № 4. P. 371–380. http s://doi.org/10.1007/s40820-016-0096-2Liu C., Cai X., Wang J., Liu J., Riese A., Chen Z., Sun X., Wang S.-D. // Int. J. Hydrogen Energy. 2016. V. 41. № 31. P. 13476–13484. http s://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.05.194Sriram P., Kumar M.K., Selvi G.T., Jha N.S., Mohanapriya N., Jha S.K. // Electrochim. Acta. 2019. V. 323. P. 134809. http s://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.134809Tsuda T., Yoshii K., Torimoto T., Kuwabata S. // J. Power Sources. 2010. V. 195. № 18. P. 5980–5985. http s://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2009.11.027Cha I.Y., Ahn M., Yoo S.J., Sung Y.-E. // RSC Adv. 2014. V. 4. № 73. P. 38575–38580. http s://doi.org/10.1039/C4RA05213GZhu M., Nguyen M.T., Sim W.J., Yonezawa T. // Mater. Adv. 2022. V. 3. № 24. P. 8967–8976. http s://doi.org/10.1039/D2MA00688JChung M.W., Cha I.Y., Ha M.G., Na Y., Hwang J., Ham H.C., Kim H.-J., Henkensmeier D., Yoo S.J., Kim J.Y., Lee S.Y., Park H.S., Jang J.H. // Appl. Catal. B: Environ. 2018. V. 237. P. 673–680. http s://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.06.022Oda Y., Hirano K., Yoshii K., Kuwabata S., Torimoto T., Miura M. // Chem. Lett. 2010. V. 39. № 10. P. 1069–1071. http s://doi.org/10.1246/cl.2010.1069Luza L., Gual A., Eberhardt D., Teixeira S.R., Chiaro S.S.X., Dupont J. // ChemCatChem. 2013. V. 5. № 8. P. 2471–2478. http s://doi.org/10.1002/cctc.201300123Chang J.-B., Liu C.-H., Liu J., Zhou Y.-Y., Gao X., Wang S.-D. // Nano-Micro Lett. 2015. V. 7. № 3. P. 307–315. http s://doi.org/10.1007/s40820-015-0044-6Liu C.-H., Liu J., Zhou Y.-Y., Cai X.-L., Lu Y., Gao X., Wang S.-D. // Carbon. 2015. V. 94. P. 295–300. http s://doi.org/10.1016/j.carbon.2015.07.003Kashin A.S., Prima D.O., Arkhipova D.M., Ananikov V.P. // Small. 2023. V. 19. № 43. P. 2302999. http s://doi.org/10.1002/smll.202302999Lee C.-F., Liu Y.-C., Badsara S.S. // Chem. – Asian J. 2014. V. 9. № 3. P. 706–722. http s://doi.org/10.1002/asia.201301500Lee C.-F., Basha R.S., Badsara S.S. // Top. Curr. Chem. 2018. V. 376. № 3. P. 25. http s://doi.org/10.1007/s41061-018-0203-6Beletskaya I.P., Ananikov V.P. // Chem. Rev. 2022. V. 122. № 21. P. 16110–16293. http s://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00836Kashin A.S., Arkhipova D.M., Sahharova L.T., Burykina J.V., Ananikov V.P. // ACS Catal. 2024. V. 14. № 8. P. 5804–5816. http s://doi.org/10.1021/acscatal.3c06258