Síntesis, caracterización y funcionalización de híbridos Au / CdS y Au / ZnS Core / Shell nanopartículas

Oro y plata nanopartículas tienen potencial para futuros avances tecnológicos en una variedad de aplicaciones, incluyendo la fotónica, ¹ fotovoltaica, ² catálisis, ³ química / detección biológica, ⁴ imágenes biológicas, ⁵ y la terapia fotodinámica. ⁶ Bajo la excitación visible, los electrones de la superficie puede oscilar de formar una resonancia conocida como una resonancia de plasmón de superficie localizada (SPR), que puede ser utilizado para concentrar la radiación incidente en el espectro visible. Recientemente, las nanopartículas de metales nobles se han combinado con semiconductores magnéticos o nanopartículas para producir nanopartículas híbridas con una funcionalidad mejorada y sintonizable ^7,8. La literatura reciente, tales como el estudio realizado por Ouyang et al. ⁹ o Chen et al. ^10, ha mostrado el posibilidad para la síntesis de estas partículas, pero el control solamente limitada en la uniformidad de las especies híbridas es posible debido auna distribución de tamaños de nanopartículas de oro y agravado por la falta de caracterización óptica acoplada con la caracterización física en cada etapa de crecimiento. Zamkov et al. Mostró una uniformidad similar en formación de la cáscara, pero sólo un grosor de la cáscara se utiliza con diferentes tamaños de núcleo, con unas conchas no están completamente formados alrededor de las nanopartículas. Con el fin de utilizar eficazmente estas nanopartículas, la respuesta óptica precisa debe ser conocida y caracterizada por una variedad de espesores de concha. Mayor precisión en grosor de la cáscara se puede lograr mediante el uso de partículas de oro monodispersos, acuosas como la plantilla, lo que resulta en un mayor control sobre las especies híbridas finales. La interacción entre el núcleo y la cubierta puede mostrar mejora muy limitada en las tasas de absorción o emisión debido a la pequeña cantidad de material semiconductor y la proximidad al núcleo de oro. En lugar de la interacción entre el semiconductor que se encuentra en el depósito y la partícula de oro, la cubierta puede ser el usod como un espaciador para limitar la distancia entre un cromóforo externo. ¹¹ Esto permitirá un mayor control sobre la separación espacial entre el plasmón mientras que, negando las consecuencias de contacto directo con la superficie del metal.

La extensión de la interacción electrónica entre la resonancia de plasmón superficial y excitón producido en el cromóforo, está directamente correlacionada con la distancia entre las especies metálicas y de semiconductores, el entorno de la superficie y la fuerza de la interacción. ¹² Cuando las especies están separadas por distancias mayores de 25 nm, los dos estados electrónicos se mantienen imperturbables y la respuesta óptica se mantiene sin cambios. ¹³ el régimen fuerte acoplamiento es dominante cuando las partículas tienen un contacto más íntimo y pueden dar lugar a la extinción de cualquier energía de excitación a través de aumento de la velocidad no radiante o Transferencia Forester de energía de resonancia ( FRET) ^14,15. la manipulación de la fuerza de acoplamiento, por Th sintonizacióne espacio entre el cromóforo y el metal de nanopartículas, puede dar lugar a efectos positivos. El coeficiente de extinción de nanopartículas puede ser órdenes de magnitud más grande que la mayoría de los cromóforos, lo que permite que las nanopartículas se concentran la luz incidente mucho más eficaz. Utilizando el aumento de la eficiencia de excitación de la nanopartícula puede resultar en tasas de excitación más altos en el cromóforo. ¹² El acoplamiento del dipolo de excitación también puede aumentar la tasa de emisión del cromóforo que, puede resultar en aumento de rendimiento cuántico si las tasas no radiantes no se ven afectadas. ¹² Estos efectos podrían conducir a las células solares o películas con un aumento de la absorbancia, y eficiencias fotovoltaicos, facilitadas por la sección transversal mayor absorción del oro y la facilidad de extracción de la carga de la capa de semiconductor debido a la existencia de estados superficiales localizadas. ^12,16 Este estudio también proporcionará información útil sobre la fuerza de acoplamiento del plasmón como afunción de distancia.

Plasmones de superficie localizados han sido ampliamente utilizados en la detección ¹⁷ y ¹⁸ de detección aplicaciones debido a la sensibilidad de la resonancia de plasmón para el medio ambiente local. Cronin et al., Mostró la eficacia catalítica de TiO ₂ películas se puede mejorar con la adición de nanopartículas de oro. Las simulaciones demostraron que este aumento de la actividad es debido al acoplamiento de campo eléctrico de plasmón con excitones creados en el TiO _2, que posteriormente aumenta las tasas de generación de excitones. ¹⁹ Schmuttenmaer et al., Mostró que la eficiencia de sensibilizada por colorante (DSSC) células solares podría mejorarse con la incorporación de los Au / _SiO2 / _TiO2 agregados. Los agregados mejoran la absorción a través de la creación de amplios modos de plasmones superficiales localizadas que aumentan la absorción óptica sobre un rango más amplio de frecuencias. ²⁰ En otra literatura, Li et al. Observarse observó d reducción significativa en la vida de la fluorescencia, así como la mejora dependiente de la distancia en la intensidad de fluorescencia en estado estacionario a través de acoplamiento directo de una sola CdSe punto cuántico / ZnS y única nanopartícula de oro. ²¹ Con el fin de sacar el máximo provecho de esta mejora plasmónica, hay una la necesidad de acoplamiento físico con un conjunto de distancias entre las dos especies.

Síntesis de nanopartículas híbridas

Jiatiao et al., Se describe un método para material semiconductor capa sobre nanopartículas de oro a través de un intercambio catiónico con el fin de producir espesores de concha uniformes y sintonizables. Las conchas eran uniformes en espesor, pero las plantillas de oro no eran muy monodispersos. Esto alterará el semiconductor al cociente de oro de partícula a partícula y por lo tanto la fuerza de acoplamiento. ⁹ Un estudio en profundidad sobre las propiedades ópticas de estas nanopartículas de núcleo y corteza se ha llevado a cabo, con el fin de desarrollar un reproducible método sintético. Los métodos anteriores se basan en la síntesis de nanopartículas de base orgánica, que puede producir muestras con resonancias de plasmón amplias debido a la falta de homogeneidad en el tamaño de las nanopartículas de oro. Una síntesis acuosa modificada de nanopartículas de oro puede proporcionar una plantilla de nanopartículas de oro y reproducible monodisperso con la estabilidad durante largos períodos de tiempo. El tensioactivo cloruro de cetil trimetil amonio acuoso forma una capa doble en la superficie de las nanopartículas debido a la interacción entre las cadenas de carbono largas de cetil trimetil moléculas de cloruro de amonio cercanas. ²² Esta capa superficial de espesor requiere un lavado cuidadoso para eliminar el exceso de tensioactivo y permitir el acceso a la superficie de la nanopartícula , pero puede proporcionar mayor control sobre el tamaño y la forma de nanopartículas. ²³ la adición acuosa de una concha de plata se puede controlar con alta precisión que conduce a una correlación más íntimo entre el grosor de la cáscara y las propiedades ópticas. ²³ una reducción más lenta a través de ac ascórbicoID se utiliza para depositar la plata sobre la superficie de oro, lo que requiere la adición de sal de plata que ser muy preciso con el fin de evitar la formación de nanopartículas de plata en la solución. El tercer paso requiere un gran exceso de azufre que se añaden en una fase orgánica y una fase de transferencia de las nanopartículas acuosas debe ocurrir. Con la adición de oleilamina como un agente de protección terminal orgánico y ácido oleico, que puede actuar tanto como un agente de protección y ayuda en la transferencia de fase de las nanopartículas, un uniforme, cáscara de sulfuro de plata amorfo puede formarse alrededor de las nanopartículas. ^9,24 La concentración de estas moléculas deben ser lo suficientemente alta para evitar la agregación de las nanopartículas en este paso, pero demasiado exceso puede hacer que la purificación difícil. En presencia de fosfina tri butilo y un nitrato de metal (Cd, Zn o Pb), un intercambio catiónico dentro de la cáscara de sulfuro amorfo puede llevarse a cabo. Las temperaturas de reacción deben ser modificados para los diferentes reactiva de los metales ⁹y cualquier exceso de azufre debe ser eliminada para reducir la formación de puntos cuánticos individuales. Cada etapa de la síntesis corresponde a un cambio en el ambiente de la superficie de la nanopartícula, por lo tanto, un cambio en plasmón debe observarse debido a la dependencia de la frecuencia de plasmón en circundante campo dieléctrico. Un estudio paralelo de absorción óptica como una función de Microscopía Electrónica de Transmisión caracterización (TEM) se utilizó para caracterizar las nanopartículas. Este procedimiento de síntesis nos proporcionará muestras bien controlados y uniformes, proporcionando una mejor correlación a partir de los datos de microscopía y espectroscopía.

El acoplamiento con fluoróforos

La aplicación de una capa espaciadora dieléctrica entre una superficie de metal plasmónica y un fluoróforo puede ayudar a disminuir las pérdidas debidas a la transferencia de energía no radiante de excitones creados en el metal. Esta capa de separación también puede ayudar en el estudio de la dependencia de la distancia entre el fluoróforo y elresonancia de plasmones en la superficie metálica. Proponemos utilizar la cáscara de semiconductores de las nanopartículas híbridas como nuestra capa de separación dieléctrica. El grosor de la cáscara puede ser sintonizado con precisión nanométrica con espesores que van de 2 nm a 20 nm permiten experimentos de correlación distancia precisa para llevar a cabo. La cáscara también se puede ajustar con Cd, Pb o cationes Zn y S, Se y Te aniones, lo que permite el control sobre no sólo la distancia, sino también la constante dieléctrica, arreglo banda electrónica e incluso parámetros de red cristalina.