플라즈모닉 금-주석 합금 나노 입자의 수성 합성
Summary
여기에서, 금(Au) 종자의 합성은 Turkevich 방법을 사용하여 설명됩니다. 그런 다음 이 씨앗은 조정 가능한 플라즈몬 특성을 가진 금-주석 합금(Au-Sn) 나노 입자를 합성하는 데 사용됩니다.
Abstract
이 프로토콜은 Au 나노 입자 종자의 합성과 Au-Sn 바이메탈 나노 입자의 후속 형성에 대해 설명합니다. 이러한 나노 입자는 촉매, 광전자공학, 이미징 및 약물 전달에 잠재적으로 응용될 수 있습니다. 이전에는 합금 나노 입자를 생산하는 방법에 시간이 많이 걸리고 복잡한 반응 조건이 필요하며 일관되지 않은 결과가 나올 수 있었습니다. 개요된 프로토콜은 먼저 Turkevich 방법을 사용하여 약 13nm Au 나노입자 씨앗을 합성하는 방법을 설명합니다. 프로토콜은 다음으로 Sn의 환원과 Au 시드로의 통합으로 Au-Sn 합금 나노 입자를 생성하는 방법을 설명합니다. 이러한 나노 입자의 광학적 및 구조적 특성에 대해 설명합니다. 광학적으로 눈에 띄는 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)은 UV 가시광선 분광법을 사용하여 분명합니다. 구조적으로 분말 X선 회절(XRD)은 모든 입자를 20nm 미만으로 반사하고 Au, Sn 및 여러 Au-Sn 금속간 상에 대한 패턴을 보여줍니다. 구형 형태 및 크기 분포는 투과 전자 현미경(TEM) 이미징에서 얻습니다. TEM은 Sn 혼입 후 나노 입자가 직경이 약 15nm까지 성장한다는 것을 보여줍니다.
Introduction
플라즈몬 금속 나노 입자 1,2는 매우 효율적으로 빛을 흡수하고, 빛을 나노 미터 미만의 부피로 집중시키며, 촉매 반응을 향상시키는 능력으로 인해 촉매, 광전자 공학, 감지 및 지속 가능성에 응용됩니다 3,4,5. 소수의 금속만이 효율적인 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)을 나타냅니다. 그 중 널리 탐구되는 금속 중 하나는 Au3입니다.
Au는 다른 금속과의 안정적인 합금 형성으로 알려진 광범위하게 연구된 귀금속입니다. 그러나 Au LSPR은 가시광선 및 적외선으로 제한되며 더 높은 에너지 6,7,8로 조정할 수 없습니다. 한편, 전이 후 금속은 귀금속 6,9,10과 구별되는 다양한 흥미로운 반응성 및 촉매 특성을 가지고 있습니다. Au를 전이 후 금속과 합금함으로써 LSPR은 UV1을 향해 더 높은 에너지로 조정될 수 있습니다. 이 프로토콜은 Au-Sn 합금에 중점을 둡니다. Sn은 많은 금속과 쉽게 합금하는 것으로 알려져 있고, UV LSPR을 가질 수 있으며, 이산화탄소 환원을 통한 포름산 형성과 같은 흥미로운 촉매 응용을 가지고 있습니다 6,7,8. Au 및 Sn 합금은 화학적 환원 및 Sn의 종자 내로의 확산을 통한 파종 공정을 사용하여 합성되었습니다.
이 방법의 주요 목표는 수성 금속 나노 입자 합금을 수성 화학을 사용하여 벤치 탑에서 빠르게(즉, 몇 시간 안에) 재현성 있게 합성하는 것입니다. 처음에, Au 종자는 Turkevich 방법11을 사용하여 제조되고, 그 후에 무작위 합금 나노 입자8를 형성 할 때 일반적인 전략 인 종자 기반 확산 합성이 뒤따른다. 특히, Sn의 합금화는 더 높은 온도, 더 높은 진공 기기 또는 위험한 용매를 필요로 하는 다른 방법 7,8에 비해 간단한 장비로 온화한 환경에서 상대적으로 짧은 시간(~30분)을 필요로 합니다. 이 공정은 부담스러운 환경 제어 없이 온화한 수성 조건에서 수행할 수 있습니다. 생성된 Au-Sn 합금은 Sn 함량을 조작하여 제어할 수 있는 일관된 형태, 크기, 모양 및 광학 특성을 갖습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 연구에서 Au 씨앗은 Turkevich 방법11을 사용하여 제조되었습니다. 이 방법의 절차적 한계와 관련하여, 100mM 시트르산 삼나트륨의 480μL 주입을 신속하게 수행해야 합니다. 구연산염 용액을 천천히 주입하면 다분산 입자가 큰 크기 분포로 형성될 수 있습니다. 또한 유리 제품의 청결도는 Au 씨앗의 품질과 일관성에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 아쿠아 레지아와 함께 사용하기 전에 …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작업은 해군 연구실에서 발행한 해군부 상 N00014-20-1-2858 및 N00014-22-1-2654와 관련이 있습니다. 특성화는 Grant 2216240 산하의 National Science Foundation Major Research Instrumentation 프로그램에 의해 부분적으로 지원되었습니다. 이 연구는 또한 매사추세츠 로웰 대학교(University of Massachusetts Lowell)와 매사추세츠 연방(Commonwealth of Massachusetts)의 일부 지원을 받았습니다. UMass Lowell Core Research Facilities에 감사드립니다.
Materials
| Basix Microcentrifuge Tubes | Fisher Scientific | Cat#02-682-004 | |
| Cary 100 UV-visible Spectrophotometer | Agilent Technologies | Cat#G9821A; RRID:SCR_019481 | |
| Cary WinUV | Agilent Technologies | https://www.agilent.com/en/product/molecular-spectroscopy/uv-vis-uv-visnir-spectroscopy/uv-vis-uv-vis-nirsoftware/cary-winuv-softwar | |
| Crystallography Open Database | CrystalEye | RRID: SCR_005874 | http://www.crystallography.net/ |
| Cu Carbon Type-B Grids (200 mesh, 97 µm grid holes) |
Ted Pella | Cat#01811 | |
| Direct-Q 3 UV-R Water Purification System | MilliporeSigma | Cat#ZRQSVR300 | |
| Entris Analytical Balance | Sartorius | Cat#ENTRIS64I-1SUS | |
| Glass round-bottom flask (250 mL) | Fisher Scientific | Cat#FB201250 | |
| Glass scintillation vials | Wheaton | Cat#986548 | |
| Hydrochloric acid (HCl, NF/FCC) |
Fisher Scientific | CAS: 7647-01-0, 7732-18-5 | |
| Hydrogen tetrachloroaurate (III) trihydrate (HAuCl4·3H2O, 99.99%) |
Alfa Aesar | CAS: 16961-25-4 | kept in a desiccator for consistency of purity and stability |
| ImageJ | National Institute of Health | RRID: SCR_003070 | https://imagej.nih.gov/ij/download.html |
| Isotemp GPD 10 Hot Water Bath | Fisher Scientific | Cat#FSGPD10 | |
| Isotemp Hot Plate Stirrer | Fisher Scientific | Cat#SP88857200 | |
| Mili-Q Ultrapure Water (18.2 MΩ-cm) |
Water purification system | ||
| Miniflex X-Ray Diffractometer | Rigaku | RRID:SCR_020451 | https://www.rigaku.com/products/xrd/miniflex |
| Model 5418 Microcentrifuge | Eppendorf | Cat#022620304 | |
| Nitric acid (HNO3, Certified ACS Plus) |
Fisher Scientific | CAS: 7697-37-2, 7732-18-5 | |
| On/Off Temperature Controller for Heating Mantle | Fisher Scientific | Cat#11476289 | |
| Optifit Racked Pipette Tips (0.5-200 µL) | Sartorius | Cat#790200 | |
| Optifit Racked Pipette Tips (10-1000 µL) | Sartorius | Cat#791000 | |
| Philips CM12 120 kV Transmission Electron Microscope | Philips | RRID:SCR_020411 | |
| Pipette Tups (1-10 mL) | USA Scientific | Cat#1051-0000 | |
| Poly(vinylpyrrolidone) (PVP; molecular weight [MW] = 40,000) |
Alfa Aesar | CAS: 9003-39-8 | kept in a desiccator for consistency of purity and stability |
| Practum Precision Balance | Sartorius | Cat# PRACTUM1102-1S | |
| PTFE Magnetic Stir Bar (12.7 mm) | Fisher Scientific | Cat#14-513-93 | |
| PTFE Magnetic Stir Bar (25.4 mm) | Fisher Scientific | Cat#14-513-94 | |
| Quartz Cuvette (length × width × height: 10 mm × 12.5 mm × 45 mm) |
Fisher Scientific | Cat#14-958-126 | |
| Round Bottom Heating Mantle 120 V 250 mL | Fisher Scientific | Cat#11-476-004 | |
| SmartLab Studio II | Rigaku | https://www.rigaku.com/products/xrd/studio | |
| Sodium borohydride (NaBH4, 97+%) |
Alfa Aesar | CAS: 16940-66-2 | kept in a desiccator for consistency of purity and stability |
| SureOne Pipette Tips (0.1-10 µL) | Fisher Scientific | Cat#02-707-437 | |
| Tacta Mechanical Pipette (P10) | Sartorius | Cat#LH-729020 | |
| Tacta Mechanical Pipette (P1000) | Sartorius | Cat#LH-729070 | |
| Tacta Mechanical Pipette (P10000) | Sartorius | Cat#LH-729090 | |
| Tacta Mechanical Pipette (P20) | Sartorius | Cat#LH-729030 | |
| Tacta Mechanical Pipette (P200) | Sartorius | Cat#LH-729060 | |
| Tin (IV) chloride (SnCl4, 99.99%) |
Alfa Aesar | CAS: 7646-78-8 | kept in the fume hood and sealed with Parafilm between uses to avoid exposure to ambient conditions |
| Trisodium citrate dihydrate (C6H5Na3O7·2H2O, 99%) |
Alfa Aesar | CAS: 6132-04-3 | kept in a desiccator for consistency of purity and stability |
| Zero-Background Si Sample Holder | Rigaku |
Riferimenti
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