JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Ergebnisse
Discussion
Offenlegungen
Acknowledgements
Materials
Referenzen
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Chemie

الترسب الضوئي للPd on الغروية Au Nanorods بواسطة الإثارة البلازمون السطحية

Published: August 15, 2019
doi:
10.3791/60041
, , , , , ,
1Sensors & Electron Devices Directorate,U.S. Army Research Laboratory, 2General Technical Services

Summary

يتم تقديم بروتوكول للترسب الضوئي غير متساوي المدار من Pd على nanorods Au المعلقة بمائي عن طريق الإثارة بلازمون السطح المحلي.

Abstract

يتم وصف بروتوكول لتوجيه التصوير الضوئي الترسيب PD على Au nanorods (AuNR) باستخدام صدى بلازمون السطح (SPR). الإلكترونات الساخنة البلازمونية متحمس على التشعيع SPR محرك الترسيب الاختزاليمن Pd على AuNR الغروية في وجود [PdCl 4]2-. إن الحد من المعادن الثانوية الذي يحركه البلازمون يقوي ترسب اللمعة، دون الطول الموجي في المواقع المستهدفة التي تتزامن مع المجال الكهربائي “البقع الساخنة” من الركيزة البلازمونية باستخدام حقل خارجي (مثل الليزر). تفاصيل العملية الموصوفة هنا ترسب مرحلة الحل لمعدن نبيل نشط تحفيزي (Pd) من ملح هاليد معدني انتقالي (H2PdCl4)على هياكل بلازمونية غير متجانسة (AuNR) معلقة بمائي. عملية مرحلة الحل قابلة لصنع البنى الأخرى ثنائية المعدن. إرسال الأشعة فوق البنفسجية في مقابل رصد التفاعل الكيميائي الضوئي، إلى جانب XPS خارج الموقع وتحليل TEM الإحصائية، وتوفير التغذية المرتدة التجريبية الفورية لتقييم خصائص الهياكل ثنائية المعدن كما تتطور خلال رد الفعل الحفاز الضوئي. التشعيع البلازمون الرنانة من AuNR في وجود [PdCl4]2- يخلق رقيقة، covalently ملزمة Pd0 قذيفة دون أي تأثير المثبطة كبيرة على سلوكها بلازمونيك في هذه التجربة التمثيلية / دفعة. وعموماً، فإن الترسبا الضوئي للبلازمونية يوفر طريقاً بديلاً للتوليف الاقتصادي للمواد البصرية الإلكترونية ذات الخصائص دون 5 نانومتر (مثل المحفزات الضوئية غير المتجانسة أو الوصلات الإلكترونية البصرية).

Introduction

يمكن أن تدعم الترسيب المعدنية الموجهة على ركائز البلازمونية عن طريق الناقلات الساخنة البلازمونية المتولدة من حقل خارجي رنانة تشكيل ًا ثنائي خطوة من الهياكل النانوية غير المتجانسة غير المتجانسة وغير متساوية في الظروف المحيطة مع درجات جديدة من الحرية1 ،2،3. كيمياء الأكسدة التقليدية، ترسب البخار، و / أو نهج الكهربائي غير مناسبة لمعالجة عالية الحجم. ويرجع ذلك في المقام الأول إلى النفايات الكاشفة الزائدة/الذبيحة، وانخفاض الإنتاجية 5+ عملية الطباعة الحجرية خطوة، والبيئات كثيفة الطاقة (0.01-10 تور و / أو 400-1000 درجة مئوية درجات الحرارة) مع سيطرة مباشرة قليلة أو معدومة على الخصائص المادية الناتجة . الغمر من الركيزة البلازمونية (على سبيل المثال، Au nanoparticle /seed) في بيئة السلائف (على سبيل المثال، محلول ملح Pd المائي) تحت الإضاءة عند الرنين السطحي الموضعي (SPR) يبدأ خارجياً – قابل للضبط (أي الاستقطاب الميداني والاستقطاب الميداني و كثافة) الترسيب الكيميائي الضوئي للسلائف عن طريق الإلكتروناتالساخنة بلازمونية و / أو التدرجات الحرارية الضوئية 3،4. على سبيل المثال، تم تفصيل معلمات/متطلبات البروتوكول للتحلل الحراري الضوئي القائم بالبلازماونا من Au وCu وPb وTi organometallics وGe hydrides on nanostructured Ag وAu الركائز5و6، 7،8،9. ومع ذلك، فإن استخدام الإلكترونات الساخنة البلازمونية فيميتوالثانية للتصوير المباشر للأملاح المعدنية في واجهة محلول معدني لا يزال غير متطور إلى حد كبير، وغياب العمليات التي تستخدم سيترات أو بولي (فينيلبيروليدون) ligands بمثابة تهمة وسيط المرحلات إلى النويات المباشرة /نمو المعادن الثانوية 2،10،11،12. غير متجانسة Pt-الديكور من Au nanorods (AuNR) تحت الإثارة طولية SPR (LSPR) تم الإبلاغ مؤخرا1,13 حيث تزامن توزيع Pt مع قطبية ثنائي القطب (أي التوزيع المكاني المفترض لل الناقلين الساخنة).

ويوسع البروتوكول هنا نطاق العمل الأخير Pt-AuNR ليشمل Pd ويسلط الضوء على المقاييس التوليفية الرئيسية التي يمكن ملاحظتها في الوقت الحقيقي، مما يدل على أن تقنية الترسب الضوئي البلازموني الاختزالي تنطبق على أملاح هاليد المعدنية الأخرى (Ag، Ni، Ir، إلخ).

Protocol

1. تخصيص النانورودات Au ملاحظة: يمكن توليف بروميد سيتيل تريميثيل أمونيوم (CTAB) المشمول بـ AuNR بواسطة الكيمياء الرطبة (الخطوة 1-1) أو شراؤها تجارياً (الخطوة 1-2) وفقاً لتفضيل القارئ، مع تحقيق كل منها نتائج مماثلة. واستندت النتائج في هذا العمل إلى مصادر تجارية، AuNR مع بنية الكريستال خما…

Representative Results

تم الحصول على صور الإرسال فوق البنفسجية مقابل الأطياف، وبيانات التحليل الطيفي للإلكترون الضوئي بالأشعة السينية (XPS)، والفحص المجهري الإلكتروني للإرسال (TEM) لـ AuNR المغطاة بـ CTAB في وجود/غياب H2PdCl4 في الظلام وتحت التشعيع الرنانة في SPR طولية (LSPR) لتحفيز النويات / نمو Pd. انتقال الأشعة ف?…

Discussion

رصد التغيرات في الامتصاص البصري باستخدام الإرسال الأشعة فوق البنفسجية في مواجهة مطيافية مفيد لتقييم حالة التفاعل الحفاز الضوئي، مع إيلاء اهتمام خاص لميزات LMCT من H2PdCl4. الطول الموجي ماكسيما من ميزات LMCT بعد حقن H2PdCl4 في الخطوة 2.3.1 (الانتقال من الأسود الصلب إلى الأزرق ال…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

وقد تم رعاية هذا العمل من قبل مختبر أبحاث الجيش وتم إنجازه بموجب اتفاقية التعاون USARL رقم W911NF-17-2-0057 الممنوحة لـ G.T.F. الآراء والاستنتاجات الواردة في هذه الوثيقة هي آراء واستنتاجات المؤلفين ولا ينبغي تفسيرها على أنها تمثل السياسات الرسمية، سواء كانت صريحة أو ضمنية، لمختبر أبحاث الجيش أو حكومة الولايات المتحدة. يحق لحكومة الولايات المتحدة إعادة إنتاج وتوزيع إعادة الطبع لأغراض حكومية على الرغم من أي تدوين لحقوق الطبع والنشر هنا.

Materials

Aspheric Condenser Lens w/ Diffuser Thorlabs ACL5040U-DG15 f=40 mm, NA=0.60, 1500 grit, uncoated
Deuterium + Tungsten-Halogen Lightsource StellarNet SL5
Gold Nanorods, AuNR NanoPartz A12-40-808-CTAB CTAB surfactant, 808 nm LSPR, 40 nm diameter
Ground Glass Diffuser Thorlabs DG20-1500 1500 grit, N-BK7
Hydrochloric acid, HCl J.T. Baker 9539-03 concentrated, 37%
Low Profile Magnetic Stirrer VWR 10153-690
Macro Disposable Cuvettes, UV Plastic FireFlySci 1PUV 10 mm path length
Methanol, MeOH J.T. Baker 9073-05 ≥99.9%
Palladium (II) chloride, PdCl2 Sigma Aldrich 520659 ≥99.9%
Plano-Convex Lens Thorlabs LA1145 f=75 mm, N-BK7, uncoated
Quartz Tungsten-Halogen Lamp Thorlabs QTH10
UV-vis Spectrometer Avantes ULS2048L-USB2-UA-RS AvaSpec-ULS2048L
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referenzen

  1. Forcherio, G. T. Targeted deposition of platinum onto gold nanorods by plasmonic hot electrons. Journal of Physical Chemistry C. 122 (50), 28901-28909 (2018).
  2. Langille, M. R., Personick, M. L., Mirkin, C. A. Plasmon-Mediated Syntheses of Metallic Nanostructures. Angewandte Chemie International Edition. 52 (52), 13910-13940 (2013).
  3. Qiu, J., Wei, W. D. Surface Plasmon-Mediated Photothermal Chemistry. The Journal of Physical Chemistry C. 118 (36), 20735-20749 (2014).
  4. Zhang, Y. Surface-Plasmon-Driven Hot Electron Photochemistry. Chemical Reviews. 118 (6), 2927-2954 (2018).
  5. Qiu, J., Wu, Y. C., Wang, Y. C., Engelhard, M. H., McElwee-White, L., Wei, W. D. Surface Plasmon Mediated Chemical Solution Deposition of Gold Nanoparticles on a Nanostructured Silver Surface at Room Temperature. Journal of the American Chemical Society. 135 (1), 38-41 (2013).
  6. Qiu, J. Surface Plasmon-Mediated Chemical Solution Deposition of Cu Nanoparticle Films. The Journal of Physical Chemistry C. 120 (37), 20775-20780 (2016).
  7. Boyd, D. A., Greengard, L., Brongersma, M., El-Naggar, M. Y., Goodwin, D. G. Plasmon-Assisted Chemical Vapor Deposition. Nano Letters. 6 (11), 2592-2597 (2006).
  8. Di Martino, G., Michaelis, F. B., Salmon, A. R., Hofmann, S., Baumberg, J. J. Controlling Nanowire Growth by Light. Nano Letters. 15 (11), 7452-7457 (2015).
  9. Di Martino, G., Turek, V. A., Braeuninger-Weimer, P., Hofmann, S., Baumberg, J. J. Laser-induced reduction and in-situ optical spectroscopy of individual plasmonic copper nanoparticles for catalytic reactions. Applied Physics Letters. 110 (7), 071111 (2017).
  10. Xue, C., Millstone, J. E., Li, S., Mirkin, C. A. Plasmon-Driven Synthesis of Triangular Core–Shell Nanoprisms from Gold Seeds. Angewandte Chemie International Edition. 46 (44), 8436-8439 (2007).
  11. Langille, M. R., Zhang, J., Mirkin, C. A. Plasmon-Mediated Synthesis of Heterometallic Nanorods and Icosahedra. Angewandte Chemie International Edition. 50 (15), 3543-3547 (2011).
  12. Zhai, Y. Polyvinylpyrrolidone-induced anisotropic growth of gold nanoprisms in plasmon-driven synthesis. Nature Materials. 15 (8), 889-895 (2016).
  13. Forcherio, G. T., Baker, D. R., Boltersdorf, J., McClure, J. P., Leff, A. C., Lundgren, C. A. Directed assembly of bimetallic nanoarchitectures by interfacial photocatalysis with plasmonic hot electrons. Nanophotonic Materials XV. 10720, 107200K (2018).
  14. Tebbe, M. Silver-Overgrowth-Induced Changes in Intrinsic Optical Properties of Gold Nanorods: From Noninvasive Monitoring of Growth Kinetics to Tailoring Internal Mirror Charges. The Journal of Physical Chemistry C. 119 (17), 9513-9523 (2015).
  15. Mayer, M. Controlled Living Nanowire Growth: Precise Control over the Morphology and Optical Properties of AgAuAg Bimetallic Nanowires. Nano Letters. 15 (8), 5427-5437 (2015).
  16. Nikoobakht, B., El-Sayed, M. A. Preparation and Growth Mechanism of Gold Nanorods (NRs) Using Seed-Mediated Growth Method. Chemistry of Materials. 15 (10), 1957-1962 (2003).
  17. Burrows, N. D., Harvey, S., Idesis, F. A., Murphy, C. J. Understanding the Seed-Mediated Growth of Gold Nanorods through a Fractional Factorial Design of Experiments. Langmuir. 33 (8), 1891-1907 (2017).
  18. Jana, N. R., Gearheart, L., Murphy, C. J. Seed-Mediated Growth Approach for Shape-Controlled Synthesis of Spheroidal and Rod-like Gold Nanoparticles Using a Surfactant Template. Advanced Materials. 13, 1389-1393 (2001).
  19. Kumar, D., Lee, A. R., Kaur, S., Lim, D. K. Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle. Journal of Visualized Experiments. 103, e53108 (2015).
  20. Paviolo, C., McArthur, S. L., Stoddart, P. R. Gold Nanorod-assisted Optical Stimulation of Neuronal Cells. Journal of Visualized Experiments. (98), e52566 (2015).
  21. Hoang, T. B., Huang, J., Mikkelsen, M. H. Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics. Journal of Visualized Experiments. (111), e53876 (2016).
  22. Ortiz, N. Harnessing Hot Electrons from Near IR Light for Hydrogen Production Using Pt-End-Capped-AuNRs. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (31), 25962-25969 (2017).
  23. Schiavo, L., Aversa, L., Tatti, R., Verucchi, R., Carotenuto, G. Structural Characterizations of Palladium Clusters Prepared by Polyol Reduction of [PdCl4]2− Ions. Journal of Analytical Methods in Chemistry. 2016, 9073594 (2016).
  24. Baffou, G., Quidant, R., García de Abajo, F. J. Nanoscale Control of Optical Heating in Complex Plasmonic Systems. ACS Nano. 4 (2), 709-716 (2010).
  25. Mulvaney, P. Surface Plasmon Spectroscopy of Nanosized Metal Particles. Langmuir. 12 (3), 788-800 (1996).
  26. Elding, L. I., Olsson, L. F. Electronic absorption spectra of square-planar chloro-aqua and bromo-aqua complexes of palladium(II) and platinum(II). The Journal of Physical Chemistry. 82 (1), 69-74 (1978).
  27. Swihart, D. L., Mason, W. R. Electronic spectra of octahedral platinum (IV) complexes. Inorganic Chemistry. 9 (7), 1749-1757 (1970).
  28. Forcherio, G. T., Dunklin, J. R., Backes, C., Vaynzof, Y., Benamara, M., Roper, D. K. Gold nanoparticles physicochemically bonded onto tungsten disulfide nanosheet edges exhibit augmented plasmon damping. AIP Advances. 7 (7), 075103 (2017).
  29. Boltersdorf, J., Forcherio, G. T., McClure, J. P., Baker, D. R., Leff, A. C., Lundgren, C. Visible Light-Promoted Plasmon Resonance to Induce “Hot” Hole Transfer and Photothermal Conversion for Catalytic Oxidation. The Journal of Physical Chemistry C. 122 (50), 28934-28948 (2018).
  30. da Silva, J. A., Meneghetti, R. M. New Aspects of the Gold Nanorod Formation Mechanism via Seed-Mediated Methods Revealed by Molecular Dynamics Simulations. Langmuir. 34 (1), 366-375 (2018).
  31. Teranishi, T., Miyake, M. Size Control of Palladium Nanoparticles and Their Crystal Structures. Chemistry of Materials. 10 (2), 594-600 (1998).
  32. Straney, P. J., Marbella, L. E., Andolina, C. M., Nuhfer, N. T., Millstone, J. E. Decoupling Mechanisms of Platinum Deposition on Colloidal Gold Nanoparticle Substrates. Journal of the American Chemical Society. 136 (22), 7873-7876 (2014).
  33. Cheng, N., Lv, H., Wang, W., Mu, S., Pan, M., Marken, F. An ambient aqueous synthesis for highly dispersed and active Pd/C catalyst for formic acid electro-oxidation. Journal of Power Sources. 195 (21), 7246-7249 (2010).
  34. Grzelczak, M., Perez-Juste, J., Garcia de Abajo, F. J., Liz-Marzan, L. M. Optical Properties of Platinum-Coated Gold Nanorods. The Journal of Physical Chemistry C. 111 (17), 6183-6188 (2007).
  35. Zheng, Z., Tachikawa, T., Majima, T. Single-Particle Study of Pt-Modified Au Nanorods for Plasmon-Enhanced Hydrogen Generation in Visible to Near-Infrared Region. Journal of the American Chemical Society. 136 (19), 6870-6873 (2014).
  36. Zheng, Z., Tachikawa, T., Majima, T. Plasmon-Enhanced Formic Acid Dehydrogenation Using Anisotropic Pd–Au Nanorods Studied at the Single-Particle Level. Journal of the American Chemical Society. 137 (2), 948-957 (2015).
  37. Grzelczak, M., Pérez-Juste, J., Rodríguez-González, B., Liz-Marzán, L. M. Influence of silver ions on the growth mode of platinum on gold nanorods. Journal of Materials Chemistry. 16 (40), 3946-3951 (2006).
  38. Joplin, A. Correlated Absorption and Scattering Spectroscopy of Individual Platinum-Decorated Gold Nanorods Reveals Strong Excitation Enhancement in the Nonplasmonic Metal. ACS Nano. 11 (12), 12346-12357 (2017).
  39. Sutter, P., Li, Y., Argyropoulos, C., Sutter, E. In Situ Electron Microscopy of Plasmon-Mediated Nanocrystal Synthesis. Journal of the American Chemical Society. 139 (19), 6771-6776 (2017).

Tags

Keyword Extraction:PhotodepositionPdColloidal Au NanorodsSurface Plasmon ExcitationReductive Plasmonic PhotodepositionEpitaxial Metal GrowthPlatinumSilverCatalytic ApplicationsHydrochloric AcidPalladium(II) ChlorideGold NanorodCetyltrimethyl Ammonium BromideMethanolDihydrogen TetrochloropallidateTungsten-halogen Lamp

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Diesen Artikel zitieren
Forcherio, G. T., Baker, D. R., Leff, A. C., Boltersdorf, J., McClure, J. P., Grew, K. N., Lundgren, C. A. Photodeposition of Pd onto Colloidal Au Nanorods by Surface Plasmon Excitation. J. Vis. Exp. (150), e60041, doi:10.3791/60041 (2019).
Zitat herunterladen
Nachdrucke und Berechtigungen

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image