Идентификация квази-свободных и связанных нитрат-ионов на поверхности алмазных наночастиц методами инфракрасной и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии

Осипов В.Ю., Романов Н.М., Шахов Ф.М., Takai K.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Осипов В.Ю., Романов Н.М., Шахов Ф.М., Takai K. Идентификация квази-свободных и связанных нитрат-ионов на поверхности алмазных наночастиц методами инфракрасной и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 3. С. 3–11. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-03-03-11

Osipov V.Yu., Romanov N.M., Shakhov F.M., Takai K. Identifying quasi-free and bound nitrate ions on the surfaces of diamond nanoparticles by IR and x-ray photoelectron spectroscopy [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2018. V. 85. № 3. P. 3–11. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-03-03-11

Ссылка на англоязычную версию:

V. Yu. Osipov, N. M. Romanov, F. M. Shakhov, and K. Takai, "Identifying quasi-free and bound nitrate ions on the surfaces of diamond nanoparticles by IR and x-ray photoelectron spectroscopy," Journal of Optical Technology. 85(3), 122-129 (2018). https://doi.org/10.1364/JOT.85.000122

Аннотация:

Данные рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии подтверждают присутствие на поверхности частиц детонационных алмазов комплексов, состоящих из нитрат-ионов, связанных с поверхностными дефектами типа азота замещения в решетке алмаза или со структурными единицами на поверхности типа С(sp3)-NH3 +. Травление ионами аргона легко удаляет комплексы нитрат-ионов с поверхности детонационных алмазов без разрушения их кристаллической решетки. Анализ спектров инфракрасного поглощения образца до и после термического прогрева при 350 °С позволяет выделить на спектре две линии (узкую и широкую) с близкими частотами (1384,9 и 1372 см–1), обусловленные лишь разной степенью связывания нитрат-ионов с подлежащими поверхностными сайтами, содержащими азот в тетраэдрической sp3-координации. Узкая линия с большой пиковой интенсивностью соответствует почти квази-свободному состоянию изолированного нитрат-иона на поверхности детонационных алмазов в составе комплекса, разрушающегося уже при умеренном прогреве или при других низкоэнергетических воздействиях. Частицы детонационных алмазов с хемосорбированными нитрат-ионами являются уникальными маркерами, допускающими их легкое обнаружение в твердых осадках суспензий и растворов.

Ключевые слова:

инфракрасная спектроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, модификация поверхности, нитрат-ион, энергия связи, десорбция, травление ионами аргона

Благодарность:

Авторы признательны Ёшитомо Харада (Dr. Yoshitomo Harada) из университета Хосеи (Hosei University, Tokyo, Japan) за помощь в получении спектров РФЭС. В.Ю. Осипов благодарит университет Хосеи и японскую программу JSPS “Invitational Fellowship for Research in Japan” IF01 No. L17526 за содействие и поддержку. Ф.М. Шахов благодарит программу Hosei International Fund Foreign Scholars Fellowship за поддержку.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект # 17-52-50004 ЯФ_а).

Коды OCIS: 300.6340, 240.6670, 240.6675, 300.6560, 160.4236, 350.4990, 280.1545

Список источников:

1. Detonation nanodiamonds: Science and applications / Ed. by Vul’ A., Shenderova O. Singapore: Pan Stanford, 2014. 346 p.
2. Mochalin V.N., Shenderova O., Ho D., Gogotsi Y. The properties and applications of nanodiamonds // Nature Nanotechnology. 2012. V. 7. № 1. P. 11–23.
3. Osipov V.Yu., Aleksenskiy A.E., Shames A.I., Panich A.M., Shestakov M.S., Vul’ A.Ya. Infrared absorption study of surface functional groups providing chemical modification of nanodiamonds by divalent copper ion complexes // Diamond & Related Materials. 2011. V. 20. № 8. P. 1234–1238.
4. Gridnev I.D., Osipov V.Yu., Aleksenskii A.E., Vul’ A.Ya., Enoki T. Combined experimental and DFT study of the chemical binding of copper ions on the surface of nanodiamonds // Bull. Chem. Soc. Jpn. 2014. V. 87. № 6. P. 693–704.
5. Panich A.M., Shames A.I., Sergeev N.A., Osipov V.Yu., Alexenskiy A.E., Vul’ A.Ya. Magnetic resonance study of gadolinium-grafted nanodiamonds // J. Phys. Chem. C. 2016. V. 120. № 35. P. 19804–19811.
6. Романов Н.М., Осипов В.Ю., Takai К., Touhara Н., Hattori Y. Исследование терморезистентности функционализированной поверхности детонационного наноалмаза методом инфракрасной спектроскопии // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 10. С. 7–11.
7. Dolmatov V.Yu., Kulakova I.I., Myllymäki V., Vehanen A., Panova A.N., Voznyakovskii A.A. IR spectra of detonation nanodiamonds modified during the synthesis // J. Superhard Materials. 2014. V. 36. № 5. P. 344–357.
8. Соломатин А.С., Яковлев Р.Ю., Королев К.М., Кулакова И.И., Лисичкин Г.В., Леонидов Н.Б. Способ селективной доочистки наноалмаза // Патент РФ № 2506095 (приор. от 2012-12-26).
9. Осипов В.Ю., Романов Н.М. Инфракрасное поглощение алмазных наночастиц с поверхностью, модифицированной комплексами нитрат-ионов // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 5 С. 1–5.
10. Осипов В.Ю., Шахов Ф.М., Ефимов Н.Н., Минин В.В., Кидалов С.В., Вуль А.Я. Идентификация парамагнитных центров азота (Р1) в алмазных кристаллитах, получаемых спеканием детонационных наноалмазов при высоком давлении и температуре // Физика твердого тела. 2017. Т. 59. № 6. С. 1125–1132.
11. Shames A.I., Osipov V.Yu., Boudou J.P., Panich A.M., von Bardeleben H.J., Treussart F., Vul` A.Ya. Magnetic resonance tracking of fluorescent nanodiamond fabrication // J. Phys. D. Appl. Phys. 2015. V. 48. № 15. P. 155302.
12. Moulder J.F., Stickle W.F., Sobol P.E., Bomben K.D. Handbook of X-ray photoelectron spectroscopy / Ed. by Chastain. 1992. J. Perkin-Elemer Corporation, Minnesota, US.
13. Алексенский А.Е., Осипов В.Ю., Вуль А.Я., Бер Б.Я., Смирнов А.Б., Мелехин В.Г., Adriaenssens G.J., Iakoubovskii K. Оптические свойства слоев наноалмазов // Физика твердого тела. 2001. Т. 43. № 1. С. 140–145.
14. Спектроскопические методы в химии комплексных соединений / Под ред. Вдовенко В.М. М.-Л.: Химия, ЛО, 1964. 268 с.
15. Nakamoto K. Infrared and Raman spectra of inorganic and coordination compounds, 4th ed. N.Y.: John Wiley & Sons, 1986. 479 p.
16. Smith W.V., Sorokin P.P., Gelles I.L., Lasher G.J. Electron-spin resonance of nitrogen donors in diamond // Phys. Rev. 1959. V. 115. № 6. P. 1546–1552.