通过活性表面生长机制合成基片束缚金纳米线
Summary
我们报告了一种基于溶液的方法合成基板束缚金纳米线。通过调整在合成过程中使用的分子配体, 可以从不同的表面性质的基体中生长出金纳米线。以金纳米线为基础的纳米结构也可以通过调整反应参数来合成。
Abstract
提高合成能力对纳米和纳米技术的发展具有重要意义。纳米线的合成一直是一个挑战, 因为它需要对称晶体的不对称生长。在这里, 我们报告一个独特的合成基板绑定的 Au 纳米线。这种无模板合成采用 thiolated 配体和基材吸附法, 在环境条件下实现了 Au 在溶液中的连续不对称沉积。thiolated 配体在种子的暴露表面防止了 au 沉积, 因此在 au 种子和基体之间的界面上只发生 au 沉积。新沉积的金纳米线的一侧立即覆盖 thiolated 配体, 而底部面对基体保持无配体和活跃的下一轮 Au 沉积。进一步证明了该金纳米线的生长可以在各种基体上诱导, 不同的 thiolated 配体可以用来调节纳米丝的表面化学。纳米线的直径也可以用混合配体来控制, 而另一种 “坏” 配位则可以使侧向生长。通过对该机理的理解, 可以设计和合成金纳米线纳米结构。
Introduction
纳米线具有典型的一维纳米材料, 具有与体积相关的特性和由纳米结构的量子效应产生的独特性质。作为纳米尺度与块状材料之间的桥梁, 它们已广泛应用于各种催化、传感、纳米电子器件等领域。1,2,3。
然而, 纳米线的合成一直是一个巨大的挑战, 因为它通常需要打破晶体内在的对称性。传统上, 使用模板来调节材料的沉积。例如, 模板电沉积已被用于形成各种类型的纳米线, 如银纳米线和 CdS 纳米线4,5,6,7,8,9 ,10。另一种常见的方法是蒸气-液-固 (VLS) 的生长, 它采用熔融催化剂在高温下诱导基体上各向异性的生长11。合成金属纳米线的常用策略是银纳米线和油胺辅助超薄金纳米线12、13、14、15的多元醇方法。这两种方法都是材料特有的, 而纳米线参数在合成过程中不容易调整。此外, 金属纳米线也可以由压力驱动的方法, 其中组装金属纳米粒子被机械压缩和熔化成纳米线16,17,18。
最近, 我们报告了一个独特的方法合成金纳米线19。在 thiolated 小分子配体的协助下, 纳米线可以在环境条件下生长并形成垂直排列的硅晶片基底上的阵列。结果表明, 配体在对称断裂生长中起着重要作用。它强烈地与基体吸附的金种子的表面结合, 迫使 au 选择性地在种子和基质之间的配体缺陷界面上沉积。新沉积的金与基底之间的界面保持配体缺陷, 因此, 在整个生长过程中存在活性表面。通过对配体浓度、种子类型、浓度以及其它几个参数的调节, 可以合成一系列的金纳米线纳米结构。
在这项工作中, 我们将提供一个详细的协议, 为这种方便的 Au 纳米线合成。给出了合成方法, 包括用疏水性表面性质的金纳米线、其它基体上的 au 纳米线、混合两个配体的锥形金纳米线和通过调整生长而形成的纳米金纳米结构。条件。
Protocol
Representative Results
Discussion
本文在前人工作19中全面讨论了这种活性表面生长治理纳米线合成的机理。此外, 还研究了种子大小和类型的影响以及配体类型和大小对20、21的影响。一般。纳米线的增长与以前报告的路线非常不同。不需要模板, 不对称生长是由配体上限的 au 表面与基体表面的金面之间的差异引起的。活性面在整个生长过程中保持活跃, 因为新沉积的?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们感谢中国国家自然科学基金 (21703104)、江苏省科技计划 (SBK2017041514) 南京理工大学 (39837131) 的财政支持, 以及江苏国家协同 SICAM 奖学金。先进材料创新中心。
Materials
| Trisodium citrate dihydrate | Alfa Aesar | LoT: 5008F14U | |
| Sodium borohydride | Fluka | LoT: STBG0330V | NaBH4 |
| Hydrogen tetrachloroaurate(III) trihydrate | Alfa Aesar | LoT: T19C006 | HAuCl4 |
| 3-aminopropyltriethoxysilane | J&K Scientific | LoT: LT20Q102 | APTES |
| L-ascorbic acid | Sigma-Aldrich | LoT: SLBL9227V | |
| 4-mercaptobenzoic acid | Sigma-Aldrich | LoT: MKBV5048V | 4-MBA |
| 2-Naphthalenethiol | Sigma-Aldrich | LoT: BCBP4238V | 2-NpSH |
| 4-Mercaptophenylacetic acid | Alfa Aesar | LoT: 10199160 | 4-MPAA |
| 3-mercaptobenzoic acid | Aladdin | LoT: G1213027 | 3-MBA |
| 3-Mercaptopropionic acid | Aladdin | LoT: E1618095 | 3-MPA |
| absolute ethanol | Sinopharm chemical Reagent | 20170802 | |
| Silicon wafer | Zhe Jiang lijing | P | Si |
| Scanning Electron Microscope | Quanta FEG 250 | SEM | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5424 | |
| Ultrasonic cleaner | Kun Shan hechuang | ||
| Ultra-pure water system | NanJing qianyan | UP6682-10-11 | for deionized water |
| Plasma cleaner | Harrick Plasma | PDC-002 | for oxygen plasma |
References
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