Synthesis of Copper-Nickel Bimetallic Nanoparticles by Caprylate Reduction in Benzyl Alcohol

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Based on the process of joint reduction of copper and nickel caprylates in benzyl alcohol at 185°C, a simple method for the synthesis of bimetallic copper and nickel nanoparticles was developed. The prepared bimetallic nanoparticles may be of interest for creating new compositions of electrically conductive inks and pastes for 2D and 3D printing. The resulting nanoparticles were characterized by X-ray phase analysis, scanning and transmission electron microscopy in combination with energy-dispersive X-ray spectroscopy. The prepared copper and nickel nanoparticles are single- or two-phase bimetallic solid solutions of various compositions. The effect of the phase composition of bimetallic powders on their resistance to oxidation was studied. It was shown that an increase in the nickel content in the composition leads to a decrease in the degree of nanoparticles oxidation. The proposed method is one-step, does not require the use of additional stabilizers and reducing agents, the synthesis is carried out in one-pot and is easily scalable. The method can also be used to obtain other bi- and polymetallic nanoparticles.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. I. Titkov

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: ologutenko@solid.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0003-0835-9985
Russian Federation, Novosibirsk, 630128

E. Yu. Gerasimov

G. K. Boreskov Institute of Catalysis, Siberian Branch of the Russian
Academy of Sciences

Email: ologutenko@solid.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0002-3230-3335
Russian Federation, Novosibirsk, 630090

A. M. Vorobyov

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: ologutenko@solid.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0002-4896-3821
Russian Federation, Novosibirsk, 630128

I. A. Malbakhova

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: ologutenko@solid.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0003-4193-3571
Russian Federation, Novosibirsk, 630128

T. A. Borisenko

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: ologutenko@solid.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0003-0341-8755
Russian Federation, Novosibirsk, 630128

O. A. Logutenkо

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: ologutenko@solid.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0003-1523-5446
Russian Federation, Novosibirsk, 630128

References

  1. Wu W. // Nanoscale. 2017. Vol. 9. P. 7342. doi: 10.1039/C⁷NR01604B
  2. Huang Q., Zhu Y. // Adv. Mater. Technol. 2019. Vol. 4. N 5. P. 1. doi: 10.1002/admt.201970029
  3. Nanotechnology for food packaging. Materials, processing technologies, and safety issues / Eds M. Cerqueira, J. Lagaron, L. Castro, A. Vicente. Amsterdam: Elsevier, 2018. 332 p.
  4. Rao V.K., Abhinav K.V., Karthik P.S., Singh S.P. // RSC Adv. 2015. Vol. 5. P. 77760. doi: 10.1039/C⁵ra12013f
  5. Magdassi S., Grouchko M., Kamyshny A. // Materials. 2010. Vol. 3. N 9. P. 4626. doi: 10.3390/ma3094626
  6. Songping W. // Microelectronics J. 2007. Vol. 38. N 1. P. 41. doi: 10.1016/j.mejo.2006.09.013
  7. Songping W., Li J., Jing N., Zhenou Z., Song L. // Intermetallics. 2007. Vol. 15. N 10. P. 1316. doi 10.1016/ j.intermet.2007.04.001
  8. Sharma M.K., Qi D., Buchner R.D., Scharmach W.J., Papavassiliou V., Swihart M.T. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014. Vol. 6. N 16. P. 13542. doi: 10.1021/am5026853
  9. Seemala B., Cai C.M., Kumar R., Wyman C.E., Christopher Ph. // ACS Sustain. Chem. Eng. 2018. Vol. 6. N 2. P. 2152. doi: 10.1021/acssuschemeng.7b03572
  10. Pastor-Pérez L., Gu S., Sepúlveda-Escribano A., Rein T.R. // Int. J. Hydrog. Energy. 2019. Vol. 44. N 8. P. 4011. doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.12.127
  11. Meneses-Brassea B.P., Borrego E.A., Blazer D.S., Sanad M.F., Pourmiri S., Gutierrez D.A., Varela-Ramirez A., Hadjipanayis G.C., El-Gendy A.A. // Nanomaterials. 2020. Vol. 10. N 10. P. 1988. doi: 10.3390/nano10101988
  12. Ban I., Stergar J., Drofenik M., Ferk G., Makovec D. // J. Magn. Magn. Mater. 2011. Vol. 323. N 17. P. 2254. doi: 10.1016/j.jmmm.2011.04.004
  13. Toshima, N., Yonezawa, T. // New J. Chem. 1998. Vol. 22. N 11. P. 1179. https://doi.org/10.1039/A805753B
  14. Ferk G., Stergar J., Makovec D., Hamler A., Jaglicic Z., Drofenik M., Ban I. // J. Alloys Compd. 2015. Vol. 648. N 5. P. 53. doi: 10.1016/j.jallcom.2015.06.067
  15. Stergar J., Ferk G., Ban I., Drofenik M., Hamler A., Jagodic M., Makovec D. // J. Alloys Compd. 2013. Vol. 576. P. 220. doi: 10.1016/j.jallcom.2013.04.130
  16. Wen M., Liu Q.Y., Wang Y.F., Zhu Y.Z., Wu Q.S. // Colloids Surf. (A). 2008. Vol. 318. P. 238. doi 10.1016/ j.colsurfa.2007.12.041
  17. Пугачев В.М., Захаров Ю.А., Васильева О.В., Карпушкина Ю.В., Додонов В.Г. // Химия в интересах устойчивого развития. 2015. Т. 23. С. 169. doi: 10.15372/KhUR²0150211
  18. Fiévet F., Ammar-Merah S., Brayner R., Chau F., Giraud M., Mammeri F., Peron J., Piquemal J.-Y., Sicard L., Viau G. // Chem. Soc. Rev. 2018. Vol. 47. P. 5187. doi: 10.1039/C⁷CS00777A
  19. Parimaladevi R., Parvathi V.P., Lakshmi S.S., Umadev M. // Mater. Lett. 2018. Vol. 211. P. 82. doi 10.1016/ j.matlet.2017.09.097
  20. Bonet F., Grugeon S., Dupont L., Herrera Urbina R., Guery C., Tarascon J.M. // J. Solid State Chem. 2003. Vol. 172. P. 111. doi: 10.1016/S0022-4596(02)00163-9
  21. Niederberger M., Bartl M.H., Stucky G.D. // J. Am. Chem. Soc. 2002. Vol. 124, N 46. P. 13642–13643. https://doi.org/10.1021/ja027115i
  22. Ляхов Н.З., Юхин Ю.М., Тухтаев Р.К., Мищенко К.В., Титков А.И., Логутенко О.А. // Химия в интересах устойчивого развития. 2014. Т. 22. № 4. С. 409.
  23. Юхин Ю.М., Титков А.И., Логутенко О.А., Мищенко К.В., Ляхов Н.З. // ЖОХ. 2017. Т. 87. № 12. С. 2057; Yukhin Yu.M., Titkov A.I., Logutenko O.A., Mishchenko K.V., Lyakhov N.Z. // Russ. J. Gen. Chem. 2017. Vol. 87. N 12. P. 2870. doi: 10.1134/S1070363217120180
  24. Юхин Ю.М., Логутенко О.А., Титков А.И., Ляхов Н.З. // Хим. технол. 2016. Т. 17. № 7. С. 314; Yukhin Yu.M., Logutenko O.A., Titkov A.I., Lyakhov N.Z. // Theor. Found. Chem. Eng. 2017. Vol. 51. N 5. P. 809. doi: 10.1134/S0040579517050232
  25. Титков А.И., Логутенко О.А., Булина Н.В., Юхин Ю.М., Ляхов Н.З. // Хим. технол. 2016. Т. 17. № 5. С. 202; Titkov A.I., Logutenko O.A., Bulina N.V., Yukhin Y.M., Lyakhov N.Z. // Theor. Found. Chem. Eng. 2017. Vol. 51. N 4. P. 557. doi: 10.1134/S004057951704014
  26. Titkov A.I., Logutenko O.A., Vorobyov A.M., Gerasimov E.Yu., Shundrina I.K., Bulina N.V., Lyakhov N.Z. // Colloids Surf. (A). 2019. Vol. 577. P. 500. doi 10.1016/ j.colsurfa.2019.06.008
  27. Tsybulya S.V., Cherepanova S.V., Soloviyova L.P. // J. Struct. Chem. 1996. Vol. 37, N 2. 332. https://doi.org/10.1007/bf02591064
  28. Пирсон У.Б. Кристаллохимия и физика металлов и сплавов. М.: Мир, 1977. T. 1. 419 c.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Рис. 1. Рентгенограммы наночастиц меди (1) и никеля (2), полученных в результате восстановления их каприлатов бензиловым спиртом при температуре 180°C.

Download (64KB)
Indexing metadata
3. Рис. 2. Рентгенограммы продуктов совместного восстановления каприлатов меди и никеля бензиловым спиртом при различном массовом соотношении металлов Cu:Ni = 3:1 (1), 2:1 (2), 1:1 (3), 1:2 (4) и 1:3 (5) при 180°C.

Download (145KB)
Indexing metadata
4. Рис. 3. Микроснимки порошков, полученных в результате восстановления каприлатов меди (а), никеля (б) и их смеси Cu:Ni = 1:1 (в) и 1:2 (г) бензиловым спиртом при 180°C.

Download (345KB)
Indexing metadata
5. Рис. 4. Изображения ПЭМВР морфологии (а) и кристаллической структуры (б) образца Cu:Ni = 1:1.

Download (259KB)
Indexing metadata
6. Рис. 5. Данные ЭДС картирования частиц в образцах Cu:Ni = 1:1 (а), Ni (в) и Cu (г); (б) – распределение частиц Cu и Ni вдоль линии сечения одиночной частицы.

Download (429KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences