Řízení kvantitativního prvkového složení laserem syntetizovaných nanokoloidů zlato-nikl

Jan Braun

Bachelor's thesis

Controlling the elemental composition of laser-synthesized Au-Ni nanocolloids

Abstract:

Tato bakalářská práce se zabývá kvantitativně řízenou syntézou nanokoloidů zlata a niklu, která je realizována reaktivní laserovou ablací v kapalinách (RLAL). Největší výhodou představené metody je umožnění provádět ekologicky šetrnou jednokrokovou syntézu zmíněných bimetalických nanočástic, a to při pokojové teplotě a tlaku. Ačkoliv jsou tyto výhody dobře známy, tak v současném stavu poznání chybí studie, které by zkoumaly vliv některých parametrů na průběh syntézy, což má za následek nedostatek kontroly nad finální podobou nanoslitin. Ambicí této práce je tedy získat dlouho očekávanou kontrolu nad výsledným složením nanoslitin úpravou jednoho z nejzákladnějších aspektů RLAL, kterým je elementární složení jak kovového plíšku, jehož ablace umožňuje vznik nanočástic, tak rozpuštěných látek v kapalném médiu, jejichž redukce může umožnit tvorbu nanoslitin. Toto zkoumání se provádí materiálovou záměnou plíšku a soli rozpuštěné v rozdílných koncentracích ve vodném roztoku při procesu RLAL, což má za následek rozdílnou produkci, distribuci velikostí, morfologii a magnetickou odezvu připravených nanokoloidů Au-Ni. Analýza syntetizovaných koloidů, včetně široké škály zobrazovacích a analytických metod, ukazuje, že navrhovaná materiálová manipulace destička/roztok může vést ke vzniku obtížně mísitelných nanoslitin Au-Ni, jejichž výsledná dopace zlata může být kontrolována množstvím zlatité soli v původním vzorku. V neposlední řadě se série vzorků vytvořená z niklové fólie a vodného roztoku zlatité soli jeví jako potenciální kandidát pro jejich aplikaci v recyklovatelné katalýze, a to díky jejich magnetické odezvě a morfologii, včetně potenciálně katalyticky aktivního zlatého povrchu. Souhrnně řečeno, tato práce zaplňuje důležitou znalostní mezeru v oblasti laserem zprostředkované syntézy nanomateriálů, která umožňuje získat kontrolu nad prvkovým složením nanoslitin a přináší nové pohledy na efektivní výrobu nanomateriálů s potenciálním využitím ve formě katalyzátorů.

Abstract:

This bachelor thesis deals with the quantitatively controlled synthesis of gold-nickel nanocolloids, which is done through the methodology known as reactive laser ablation in liquids (RLAL). The presented method's most significant advantage is the possibility of performing an environmentally friendly one-step synthesis of the mentioned bimetallic nanoparticles at room temperature and pressure. Although these advantages are well known, there is a lack of studies in the current state of knowledge that investigate the influence of specific parameters on the synthesis process, resulting in the absence of control over the final nanoalloys. Thus, the ambition of the current thesis is to gain the long-awaited control over the final nanoalloys composition by modifying one of the most fundamental aspects of RLAL, the elemental compositions of both, the solid target, which ablation permits the formation of nanoparticles, and the liquid solution, whose solutes reduction can enable the formation of nanoalloys. This investigation is done by material-exchange of the solid target and the liquid solution with various concentrations of metal salts in the RLAL process, which results in varying the production yield, size distribution, morphology, and magnetic response of the prepared Au-Ni nanocolloids. The analysis of the synthesized colloids, including a wide range of imaging and analytical methods, shows that the proposed target/solution manipulation can result in the formation of difficult-to-mix Au-Ni nanoalloys, whose resulting gold doping can be controlled by the amount of gold salt in the original sample. Moreover, a series of samples formed from a nickel foil and gold salt aqueous solution appear to be potential candidates for their application as recyclable catalysis due to their magnetic response and morphology, including potentially catalytically active gold sites. In summary, the current thesis fills an important knowledge gap in the laser-mediated synthesis of the nanomaterials field, allowing control over nanoalloys' element composition while bringing new insights into the efficient production of nanomaterials with potential use as catalysts.

Keywords

nanočástice zlata, nanočástice niklu, laserová syntéza v kapalinách, reaktivní laserová ablace, řízení prvkového složení, těžko mísitelné nanoslitiny

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Ondřej Havelka

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Bachelor programme / field:
Nanotechnology / Nanomaterials