Effect of conditions for obtaining detonation nanodiamond on surface composition and stability of its aqueous sols
- 作者: Volkova A.V.1, Savelev D.A.1, Chuikov N.S.1, Vodolazhskii V.А.1, Ermakova L.E.1
-
隶属关系:
- Санкт-Петербургский государственный университет
- 期: 卷 87, 编号 1 (2025)
- 页面: 3-15
- 栏目: Articles
- ##submission.dateSubmitted##: 28.05.2025
- ##submission.datePublished##: 24.01.2025
- URL: https://permmedjournal.ru/0023-2912/article/view/680859
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0023291225010017
- EDN: https://elibrary.ru/UTFSII
- ID: 680859
如何引用文章
详细
In present work, the effect of additional treatment of detonation nanodiamond (DND) powder of basic purification on the surface composition of DND particles, their electrokinetic properties, as well as aggregate stability in solutions of indifferent electrolyte (NaCl) in a wide pH range was studied. It has been found that a higher degree of purification of the samples and an increase in the number of protonated carboxyl groups on the surface of the DND particles due to additional acid and thermoammonia treatment leads to a shift in the position of the isoelectric point (IET) from pH 7.0 for the initial sample to pH 6.3 and pH 6.0, respectively. It is shown that the coagulation thresholds of hydrosols at natural pH and the position of stability zones in 10–3 M sodium chloride solution are in full compliance with the IET values. The highest thresholds are observed at pH 5.8 for the initial DND, while for the dispersion of DND particles after thermoammonia treatment, fast coagulation occurs already at a concentration of 10–4 M. It is also shown that the aggregate stability zones for additionally treated DND samples almost coincide. In the case of DND of basic purification, the stability zone expands in the area of positive zeta-potential, and in the area of negative values stability is not observed, probably due to the partial dissolution of surface impurities at high pH and their transition in ionic form to the solution, which causes coagulation of DND particles.
全文:

作者简介
A. Volkova
Санкт-Петербургский государственный университет
编辑信件的主要联系方式.
Email: anna.volkova@spbu.ru
俄罗斯联邦, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9
D. Savelev
Санкт-Петербургский государственный университет
Email: anna.volkova@spbu.ru
俄罗斯联邦, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9
N. Chuikov
Санкт-Петербургский государственный университет
Email: anna.volkova@spbu.ru
俄罗斯联邦, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9
V. Vodolazhskii
Санкт-Петербургский государственный университет
Email: anna.volkova@spbu.ru
俄罗斯联邦, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9
L. Ermakova
Санкт-Петербургский государственный университет
Email: anna.volkova@spbu.ru
俄罗斯联邦, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9
参考
- ДолматовВ.Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение // Успехи химии. 2001. Т. 70. № 7. С. 686–708. https://doi.org/10.1070/RC2001v070n07ABEH000665
- Долматов В.Ю. Детонационные наноалмазы в маслах и смазках // Сверхтвердые материалы. 2010. Т. 32. № 1. С. 19–28.
- Volkov D.S., Krivoshein P.K., Mikheev I.V., Proskurnin M.A. Pristine detonation nanodiamonds as regenerable adsorbents for metal cations // Diamond and Related Materials. 2020. V. 110. P. 108121. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2020.108121
- Peristyy A., Paull B., Nesterenko P.N. Ion-exchange properties of microdispersed sintered detonation nanodiamond // Adsorption. 2016. V. 22. P. 371–383. https://doi.org/10.1007/s10450-016-9786-9
- Aleksenskii A.A, Chizhikova A.S., Kuular V.I.et al. Basic properties of hydrogenated detonation nanodiamonds // Diamond and Related Materials. 2024. V. 142. P. 110733. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2023.110733
- Turcheniuk K., Mochalin V.N. Biomedical applications of nanodiamond // Nanotechnology. 2017. V. 28. P. 252001–252027. https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa6ae4
- Schrand A.M., Ciftan Hens S.A., Shenderova O.A. Nanodiamond particles: Properties and perspectives for bioapplications // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2009. V. 34. № 1–2. P. 18–74. https://doi.org/10.1080/10408430902831987
- Rosenholm J.M., Vlasov I.I., Burikov S.A. et al. Nanodiamond-based composite structures for biomedical imaging and drug delivery // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2015. V. 15. № 2. P. 959–971. https://doi.org/10.1166/jnn.2015.9742
- Xu J., Chow E. Biomedical applications of nanodiamonds: From drug-delivery to diagnostics // SLAS Technology. 2023. V. 28. №4. P. 214–222. https://doi.org/10.1016/j.slast.2023.03.007
- Чиганова Г.А., Государева Е.Ю. Структурообразование в водных дисперсиях детонационных наноалмазов // Российские нанотехнологии. 2016. Т. 11. № 7–8. С. 25–29.
- Соловьёва К.Н., Беляев В.Н., Петров Е.А. Исследование свойств детонационных наноалмазов в зависимости от технологии глубокой очистки // Южно-Сибирский научный вестник. 2020. Т. 21. № 3. С. 62–67. https://doi.org/10.25699/SSSB.2020.21.3.010
- Соловьёва К.Н., Петров Е.А., Беляев В.Н. Основы технологии финишной очистки детонационных наноалмазов // Вестник технологического университета. 2019. Т. 22. № 12. С. 85–87.
- Shenderova O., Petrov I., Walsh J. et al. Modification of detonation nanodiamonds by heat treatment in air // Diamond & Related Materials. 2006. V. 15. P. 1799–1803 https://doi.org/10.1016/j.diamond.2006.08.032
- Шарин П.П., Сивцева А.В., Попов В.И. Термоокисление на воздухе нанопорошков алмазов, полученных механическим измельчением и методом детонационного синтеза // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2022. № 4. С. 67–83. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2022-4-67-83
- Osswald S., Yushin G., Mochalin V. et al. Control of sp2/sp3 carbon ratio and surface chemistry of nanodiamond powders by selective oxidation in air // Journal of the American Chemical Society. 2006. V. 128. P. 11635–11642
- Кулакова И.И. Модифицирование детонационного наноалмаза: влияние на его физико-химические свойства // Российский химический журнал. 2004. Т. 48. № 5. С. 97–106.
- Arnault J.C., Girard H.A. Hydrogenated nanodiamonds: Synthesis and surface properties //Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2017. V. 21. P. 10–16. https://doi.org/10.1016/j.cossms.2016.06.007
- Williams O.A., Hees J., Dieker C. et al. Size-dependent reactivity of diamond nanoparticles // ACS Nano. 2010. V. 4. № 8. P. 4824–4830. https://doi.org/10.1021/nn100748k
- Gines L., Sow M., Mandal S. et al. Positive zeta potential of nanodiamonds // Nanoscale. 2017. V. 9. P. 12549–12555. https://doi.org/10.1039/C7NR03200E
- Terada D., Osawa E., So F. et al. A simple and soft chemical deaggregation method producing single-digit detonation nanodiamonds // Nanoscale Adv. 2022. V. 4. P. 2268–2277. https://doi.org/10.1039/D1NA00556A
- Batsanov S. S., Dan’kin D. A., Gavrilkin S. M. et al. Structural changes in colloid solutions of nanodiamond // New J. Chem. 2020. V. 44 P. 1640–1647. https://doi.org/10.1039/C9NJ05191K
- Petrova N., Zhukov A., Gareeva F. et al. Interpretation of electrokinetic measurements of nanodiamond particles // Diamond and Related Materials. 2012. V. 30. P. 62–69. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2012.10.004
- Gareeva F., Petrova N., Shenderova O., Zhukov A. Electrokinetic properties of detonation nanodiamond aggregates inaqueous KCl solutions // Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 2014. V. 440. P. 202–207. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2012.08.055
- Жуков А. Н., Швидченко А.В., Юдина Е.Б. Электроповерхностные свойства гидрозолей детонационного наноалмаза в зависимости от размера дисперсных частиц // Коллоидный журнал. 2020. Т. 82. № 4. С. 416–422. https://doi.org/10.31857/S0023291220040175
- Сычёв Д. Ю., Жуков А. Н., Голикова Е. В., Суходолов Н. Г. Влияние простых электролитов на коагуляцию гидрозолей монодисперсного отрицательно заряженного детонационного наноалмаза // Коллоидный журнал. 2017. Т. 79. № 6. С. 785–791. https://doi.org/10.7868/S0023291217060118
- Mchedlov-Petrossyan N. O., Kamneva N. N., Mary-nin A. I. et al. Colloidal properties and behaviors of 3 nm primary particles of detonation nanodiamonds in aqueous media // Phys. Chem. Chem. Phys. 2015. V. 17. P. 16186–16203. https://doi.org/10.1039/C5CP01405K
- Mchedlov-Petrossyan N. O., Kamneva N. N., Kryshtal A. P. et al. The properties of 3 nm-sized detonation diamond from the point of view of colloid science // Ukr. J. Phys. 2015. V. 60. Р. 932–937. https://doi.org/10.15407/ujpe60.09.0932
- Mchedlov-Petrossyan N. O., Kriklya N. N., Kryshtal A. P. et al. The interaction of the colloidal species in hydrosols of nanodiamond with inorganic and organic electrolytes // Journal of Molecular Liquids. 2019. V. 283. P. 849–859. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.03.095
- Волкова А.В., Белобородов А.А., Водолажский В.А. и др. Влияние рН и концентрации индифферентного электролита на агрегативную устойчивость водного золя детонационного алмаза // Коллоидный журнал. 2024. Т. 86. № 2. С. 169–192. https://doi.org/10.31857/S0023291224020031
- Petit T., Puskar L. FTIR spectroscopy of nanodiamonds: Methods and interpretation // Diamond & Related Materials. 2018. V. 89. P. 52–66. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2018.08.005
- Shenderova O., Panich A.M., Moseenkov S. et al. Hydroxylated detonation nanodiamond: FTIR, XPS, and NMR studies // Phys. Chem. C. 2011. V. 115. № 39. P. 19005–19011. https://doi.org/10.1021/jp205389m
- Stehlik S., Mermoux M., Schummer B. et al. Size effects on surface chemistry and Raman spectra of sub-5 nm oxidized high-pressure high-temperature and detonation nanodiamonds // J. Phys. Chem. C. 2021. V. 125. P. 5647−5669. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c09190
- Алексенский А. Е., Байдакова М. В., Вуль А. Я., Сиклицкий В. Структура алмазного нанокластера // Физика твердого тела. 1999. Т. 41. № 4. С. 740—743.
- Шарин П.П., Сивцева А.В., Яковлева С.П. и др. Сравнение морфологических и структурных характеристик частиц нанопорошков, полученных измельчением природного алмаза и методом детонационного синтеза // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2019. Т. 4. С. 55–67. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2019-4-55-67
- Frese N., Mitchell S.T., Bowers A. et al. Diamond-like carbon nanofoam from low-temperature hydrothermal carbonization of a sucrose/naphthalene precursor solution // C Journal of Carbon Research. 2017. V. 3. № 3. P. 23. https://doi.org/10.3390/c3030023
- Lim D. G., Kim K. H., Kang E. et al. Comprehensive evaluation of carboxylated nanodiamond as a topical drug delivery system // International Journal of Nanomedicine. 2016. V. 11. P. 2381–2395. https://doi.org/10.2147/IJN.S104859
- Thomas A., Parvathy M.S., Jinesh K.B. Synthesis of nanodiamonds using liquid-phase laser ablation of graphene and its application in resistive random access memory // Carbon Trends. 2021. V. 3. P. 100023. https://doi.org/10.1016/j.cartre.2020.100023
- Petit T., Arnault J.C., Girard H. A. et al. Early stages of surface graphitization on nanodiamond probed by x-ray photoelectron spectroscopy // Physical Review B – Condensed Matter and Materials Physics. 2011. V. 84. № 23. P. 233407. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.233407
- Lan G., Qiu Y., Fan J. et al. Defective graphene@diamond hybrid nanocarbon material as an effective and stable metal-free catalyst for acetylene hydrochlorination // Chemical Communications. 2019. V. 55. P. 1430–1433. https://doi.org/10.1039/C8CC09361J
- Testolin A., Cattaneo S., Wang W. et al. Cyclic voltammetry characterization of Au, Pd, and AuPd nanoparticles supported on different carbon nanofibers // Surfaces. 2019. V. 2. № 1. P. 205–215 https://doi.org/10.3390/surfaces2010016
- Жуков А.Н., Гареева Ф.Р., Алексенский А.Е. Комплексное исследование электроповерхностных свойств агломератов детонационного наноалмаза в водных растворах КСl // Коллоидный журнал. 2012. Т. 74. № 4. C. 483–491.
补充文件
