Sintesi di nanofili Au associato a substrato tramite un meccanismo di crescita superficiale attiva
Summary
Segnaliamo un metodo basato sulla soluzione di sintetizzare associato a substrato Au nanofili. Sintonizzando i ligandi molecolari utilizzati durante la sintesi, i nanofili Au possono essere coltivati da vari substrati con diverse proprietà di superficie. Nanostrutture a base di nanowire au può anche essere sintetizzato regolando i parametri di reazione.
Abstract
Avanzando la capacità sintetica è importante per lo sviluppo della nanoscienza e della nanotecnologia. La sintesi di nanofili è sempre stato una sfida, in quanto richiede crescita asimmetrica dei cristalli simmetriche. Qui, segnaliamo una sintesi distintiva di substrato associato Au nanofili. Questa sintesi template gratis impiega chitosani ligandi e l’adsorbimento di substrato per ottenere la deposizione asimmetrica continua di Au in soluzione in condizioni ambiente. Il ligando chitosani ha impedito la deposizione di Au sulla superficie esposta dei semi, quindi la deposizione di Au si verifica solo a livello di interfaccia tra i semi di Au e il substrato. Il lato dei nanofili Au nuovo depositati immediatamente è coperto con il ligando chitosani, mentre il fondo rivolto verso il substrato rimane privo di ligando e attivo per il prossimo ciclo di deposizione di Au. Più ulteriormente dimostriamo che questa crescita di nanowire Au può essere indotta su vari substrati, e chitosani diversi ligandi possono essere utilizzati per regolare la chimica di superficie dei nanofili. Il diametro dei nanofili può essere controllato anche con ligandi misti, in cui un altro ligando “male” potrebbe accendere la crescita laterale. Con la comprensione del meccanismo, nanostrutture a base di nanowire Au possono essere progettati e sintetizzati.
Introduction
Tipico di uno dimensionali nanomateriali, nanofili possiedono sia le proprietà relative alla massa e le proprietà uniche ha provenute dagli effetti di quantum della struttura su scala nanometrica. Come un ponte tra la nanoscala e materiali di scala alla rinfusa, sono state ampiamente applicate in vari campi della catalisi, rilevamento e nanoelettronici dispositivi, ecc. 1 , 2 , 3.
Tuttavia, la sintesi di nanofili è da sempre una grande sfida, come di solito richiede rompendo la simmetria intrinseca nei cristalli. Tradizionalmente, un modello viene impiegato per regolare la deposizione di materiali. Per esempio, il modello-elettrodeposizione è stato utilizzato per la formazione di vari tipi di nanofili come Ag nanofili e CD nanofili4,5,6,7,8,9 ,10. Un altro approccio comune è del vapore-liquido-solido (VLS) crescita, che impiega un catalizzatore fuso per indurre la crescita anisotropa sul substrato a un’ elevata temperatura11. Strategie comuni per la sintesi di nanofili metallici sono i metodi di poliolo per nanofili Ag e assistita oleilammina ultrasottile Au nanofili12,13,14,15. Entrambi gli approcci sono specifiche del materiale, e i parametri di nanowire non sono prontamente sintonizzati durante la sintesi. Inoltre, nanofili metallici possono essere costituito anche dal metodo di pressione-driven, dove le nanoparticelle di metallo assemblate meccanicamente sono compressi e fusa in nanocavi16,17,18.
Recentemente, abbiamo riferito un particolare metodo di sintesi Au nanofili19. Con l’assist di un ligando di piccola molecola chitosani, i nanofili potrebbero crescere e formare una matrice allineata verticalmente sul grosso Si wafer substrato alle condizioni ambientali. Si è constatato che i ligandi svolgono un ruolo importante nella crescita di rottura di simmetria. Si lega alla superficie del substrato-adsorbito semi Au fortemente, costringendo l’Au per depositare in modo selettivo nell’interfaccia di ligando-carenti tra semi e substrato. L’interfaccia tra l’UA recentemente depositato e il substrato rimane carente del ligando, di conseguenza, la superficie attiva esiste in tutta l’intera crescita. Sintonizzando la concentrazione del ligando, il tipo di seme e concentrazione, nonché diversi altri parametri, potrebbe essere sintetizzata una serie di nanostrutture a base di nanowire Au.
In questo lavoro, vi forniremo un protocollo dettagliato per questa conveniente sintesi di nanofili di Au. La sintesi derivata viene presentata, tra cui la sintesi di nanofili Au con proprietà superficie idrofoba, Au nanofili su altri substrati, conici Au nanofili mescolando due ligandi e nanostrutture Au nanowire-base formata da tuning la crescita condizioni.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il meccanismo di questa crescita superficie attiva governato nanowire sintesi è stato discusso ampiamente nel precedente lavoro19. Inoltre, gli effetti di tipi e dimensioni di seme così come l’effetto di ligando tipi e dimensioni è stati anche studiati20,21. In generale. la crescita di nanowire è molto diversa dai precedenti percorsi segnalati. Nessun modello è necessario, e la crescita asimmetrica è indotta tramite le differenze fra…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Noi riconosciamo con gratitudine il sostegno finanziario dalla Fondazione nazionale di scienze naturali della Cina (21703104), Jiangsu, la scienza e tecnologia Plan (SBK2017041514) Università di tecnologia di Nanchino (39837131) e SICAM Fellowship da Jiangsu nazionale sinergico Centro di innovazione per materiali avanzati.
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 |
Referências
- Yao, S. Z., et al. A Compartment-less Nonenzymatic Glucose-air Fuel Cell with Nitrogen-doped Mesoporous Carbons and Au Nanowires as Catalysts. Energy & Environmental Science. 6, 3600-3604 (2013).
- Gu, H. W., et al. Highly Efficient Synthesis of N-Substituted Isoindolinones and Phthalazinones Using Pt Nanowires as Catalysts. Organic Letters. 14, 1876-1879 (2012).
- Patolsky, F., et al. Nanowire-based Nanoelectronic Devices in the Life sciences. MRS Bulletin. 32, 142-149 (2007).
- Schwarzacher, W., et al. Templated Electrodeposition of Silver Nanowires in a Nanoporous Polycarbonate Membrane from a Nonaqueous Ionic Liquid Electrolyte. Applied Physics A-Mater. 86, 373-375 (2007).
- Song, L. X., et al. Template-Electrodeposition Preparation and Structural Properties of CdS Nanowire Arrays. Microelectronic Engineering. 83, 1971-1974 (2006).
- Song, J., et al. A New Twist on Nanowire Formation: Screw-Dislocation-Driven Growth of Nanowires and Nanotubes. Journal of Physical Chemistry Letters. 1, 1472-1480 (2010).
- Lim, S. K., et al. Controlled Modulation of Diameter and Composition along Individual III-V Nitride Nanowires. Nano Letters. 13, 331-336 (2012).
- Xu, J. M., et al. Electrochemical Fabrication of CdS Nanowire Arrays in Porous Anodic Aluminum Oxide Templates. Journal of Physical Chemistry. 33, 14037-14047 (1996).
- Lee, S. T., et al. High-density, Ordered Ultraviolet Light-emitting ZnO Nanowire Arrays. Advanced Materials. 15, 838-841 (2003).
- Tang, Y. Q., et al. Electrochemically Induced Sol-Gel Preparation of Single-Crystalline TiO2 Nanowires. Nano Letters. 2, 717-720 (2002).
- Yang, H. J., et al. Vapor-liquid-solid Growth of Silicon Nanowires Using Organosilane as Precursor. Chemical Communications. 46, 6105-6107 (2010).
- Xia, Y. N., et al. Ultrathin Gold Nanowires Can Be Obtained by Reducing Polymeric Strands of Oleylamine−AuCl Complexes Formed via Aurophilic Interaction. Journal of the American Chemical Society. 130, 8900-8901 (2008).
- Miguel, J. Y., et al. Helical Growth of Ultrathin Gold-Copper Nanowires. Nano Letters. 16, 1568-1573 (2016).
- Sun, S. H., et al. Ultrathin Au Nanowires and Their Transport Properties. Journal of the American Chemical Society. 130, 8902-8903 (2008).
- Sun, S. H., et al. Growth of Au Nanowires at the Interface of Air/Water. Journal of Physical Chemistry. C. 113, 15196-15200 (2009).
- Wu, H. M., et al. Nanostructured Gold Architectures Formed through High Pressure-Driven Sintering of Spherical Nanoparticle Arrays. Journal of the American Chemical Society. 132, 12826-12828 (2010).
- Wu, H. M., et al. Pressure-Driven Assembly of Spherical Nanoparticles and Formation of 1D-Nanostructure Arrays. Angewandte Chemie International Edition. 7, 8431-8434 (2010).
- Li, B. S., et al. Stress-induced Phase Transformation and Optical Coupling of Silver Nanoparticle Superlattices into Mechanically Stable Nanowires. Nature Communications. 5, 4179 (2014).
- Chen, H. Y., et al. Forest of Gold Nanowires: A New Type of Nanocrystal Growth. ACS Nano. 7, 2733-2740 (2013).
- Wang, Y. W., et al. Exploiting Rayleigh Instability in Creating Parallel Au Nanowires with Exotic Arrangements. Small. 12, 930-938 (2016).
- Wang, Y. W., et al. Effect of Thiolated Ligands in Au Nanowires Synthesis. Small. 13, 1702121 (2017).
- Gedanken, A., et al. The surface chemistry of Au colloids and their interactions with functional amino acids. Journal of Physical Chemistry B. 108, 4046-4052 (2004).
- Xia, Y. N., et al. Shape-Controlled Synthesis of Pd Nanocrystals in Aqueous Solutions. Advanced Functional Materials. 19, 189-200 (2009).
