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Engineering

Hybrid multifonctionnel Fe<sub> 2</sub> O<sub> 3</sub> -Au Nanoparticules pour Efficient chauffage plasmonique

Published: February 20, 2016
doi:
10.3791/53598
, ,
1National Security Directorate,Savannah River National Laboratory, 2Analytical Development Directorate,Savannah River National Laboratory

Summary

We describe the synthesis and properties of multifunctional Fe2O3-Au nanoparticles produced by a wet chemical approach and investigate their photothermal properties using laser irradiation. The composite Fe2O3-Au nanoparticles retain the properties of both materials, creating a multifunctional structure with excellent magnetic and plasmonic properties.

Abstract

L'une des méthodes les plus utilisées pour la fabrication de particules d'or colloïdales de nanospherical implique la réduction de l'acide chloroaurique (HAuCl 4) en or Au neutre (0), par des agents tels que le citrate de sodium ou le borohydrure de sodium réducteur. L'extension de cette méthode pour décorer l'oxyde de fer ou des nanoparticules similaires avec des nanoparticules d'or pour créer hybride multifonctionnel Fe 2 O 3 -Au nanoparticules est simple. Cette approche donne assez bon contrôle sur Au dimensions de nanoparticules et chargement sur ​​Fe 2 O 3. En outre, la taille Au métallique, la forme et la charge peuvent être facilement réglés par modification des paramètres expérimentaux (par exemple, les concentrations de réactifs, les agents réducteurs, les agents tensioactifs, etc.). Un avantage de ce procédé est que la réaction peut être effectuée dans l'air ou l'eau, et, en principe, se prête à une grande échelle. L'utilisation de ces accordable optiquement Fe 2 O 3 -au nanoparticules pour hypertherétudes Mia est une option intéressante car elle capitalise sur le chauffage plasmonique de nanoparticules d'or accordés à absorber la lumière fortement dans la région VIS-NIR. En plus de ses effets plasmoniques, nanométrique Au fournit une surface unique pour la chimie et la catalyse intéressants. Fe 2 O 3 matériau offre des fonctionnalités supplémentaires en raison de sa propriété magnétique. Par exemple, un champ magnétique externe pourrait être utilisé pour collecter et recycler l'hybride Fe 2 O 3 -au nanoparticules après une expérience catalytique, ou encore, le Fe 2 O 3 magnétique peut être utilisé pour des études d'hyperthermie par induction magnétique de la chaleur. L'expérience photothermique décrit dans ce rapport mesure la variation de température de la masse et de la solution de nanoparticules perte de masse en fonction du temps en utilisant des thermocouples infrarouge et un équilibre, respectivement. La facilité de préparation des échantillons et l'utilisation d'un équipement facilement disponible des avantages distincts de cette technique. Une mise en garde est eces mesures photothermiques évaluer la température de la solution en vrac et non la surface de la nanoparticule où la chaleur est transduit et la température est susceptible d'être plus élevée.

Introduction

En commençant par leur utilisation dans l'ancienne verre dichroïque, 1 nanoparticules d'or (AuNPs) ont souvent contribué à la mise au point de nouvelles technologies. 2,3 exemples plus modernes de ces technologies comprennent des dispositifs et des particules cloaking qui peut à la fois de détecter et de traiter le cancer. 4,5 AuNPs ont de nombreuses propriétés remarquables, mais le plus notable d'entre eux est la présence de localisées résonances de plasmons de surface (de LSPRs), qui se produisent lorsque le rayonnement électromagnétique incident lecteurs résonante libre électrons en oscillations collectives, la création de champs électromagnétiques intenses et très confinés. 6 Un aspect fascinant de LSPRs est qu'ils sont accordable. Autrement dit, l'énergie de résonance peut être ajustée en modifiant la forme et la taille des AuNPs ou en modifiant l'indice de réfraction du milieu ambiant. Une autre propriété de AuNPs, et de l'or en général est qu'ils sont relativement coûteux. Bien que cela puisse faire de l'or plus attrayant d'unpoint de vue de luxe, pour les applications technologiques, ceci est un inconvénient et pourrait être un obstacle à l'utilisation générale. Deux solutions possibles pour ce problème sont à la recherche de matériaux alternatifs moins coûteux qui présentent des propriétés similaires à celles de l'or, ou de trouver un moyen de combiner l'or avec un autre matériau pour créer un matériau composite avec des propriétés similaires mais plus petites quantités de métal précieux. Cette dernière solution est peut-être plus intéressant, car il permet la possibilité de créer une nanostructure hybride multifonctionnel ayant les propriétés physico-chimiques de deux ou plusieurs matériaux. 7

De fer (III), l'oxyde Fe 2 O 3, est un excellent candidat pour une composante d'un tel mélange, car il est largement disponible, peu coûteux et non toxique. En outre, la phase maghémite, γ-Fe 2 O 3, est ferrimagnétique, et la phase de l'hématite, α-Fe 2 O 3, est faiblement ferromagnétique. Ainsi, la combinaison deor avec Fe 2 O 3 pourrait produire des nanoparticules qui présentent des propriétés plasmoniques et interagissent également avec des champs magnétiques externes, mais sont beaucoup moins cher que l'or pur. Une telle nanostructure hybride pourrait trouver des applications intéressantes dans le monde réel. Par exemple, des nanoparticules de Fe 2 O 3 -au se sont avérés utiles pour le diagnostic du cancer et de traitement par imagerie par résonance magnétique et la thérapie photothermique. 8 Dans ce cas, Fe 2 O 3 fonctionne comme un agent de contraste pour l'IRM, tandis que la portion Au transforme localement incidente lumière en chaleur par dissipation d'énergie électromagnétique absorbée pendant LSPR. En outre, Fe 2 O 3 -au nanoparticules ont démontré l'amélioration plasmonique de la conversion catalytique du CO en CO 2 sous éclairage en lumière visible, et ces structures pourraient également être utilisé pour la conversion de l'énergie solaire photothermique. 9,10

Thirapport de s décrit la synthèse de Fe 2 O 3 -au nanoparticules en utilisant un procédé chimique humide simple. La structure hybride se compose d'un Fe 2 O 3 noyau qui est décoré avec des petits AuNPs. Fait important, le obtenues Fe 2 O 3 -au nanoparticules conservent les propriétés magnétiques et plasmoniques des matériaux constitutifs, ce qui crée une particule multifonctionnel qui pourrait être utile pour une variété d'applications. Afin d'illustrer les applications de ces nanoparticules plasmoniques hybrides, photothermique caractérisation des nanoparticules en utilisant un système de chauffage par laser est également décrite. Les mesures montrent que photothermiques l'hybride Fe 2 O 3 -au nanoparticules sont capables de chauffer les solutions aqueuses aussi efficacement que AuNPs pur, même avec une concentration significativement plus faible du métal noble. Ces résultats valident la méthode d'utilisation des matériaux composites ou hybrides pour réduire les coûts et d'atteindre une plus grande Functionality.

Protocol

1. nanomatériaux Protocole de synthèse Préparer une solution mère de Fe 2 O 3 de 25 mm. Remarque: Toutes les solutions mères sont préparés en utilisant de l'eau déminéralisée, sauf indication contraire. Prenez une 25 ml fiole conique. Ajouter 10 ml déminéralisée (DI) de l'eau et une barre d'agitation, et le placer sur un bloc de chauffage. Ajouter 100 pi de Fe 2 O 3 solution mère (25 mM) de ce flacon. Chauffer la solution tout en agitant pendant environ 5 min. Préparer citrate de sodium 10 ml 1% par dissolution de 0,1 g de citrate de sodium à 10 ml d'eau. Ajouter 1 ml de la solution de citrate de sodium à 1% dans le ballon 25 ml contenant la solution aqueuse de Fe 2 O 3. Porter la solution à ébullition (100 ° C). Ajouter 250 pi de 0,01 M d'acide chloraurique. Poursuivre le chauffage de la solution à 100 ° C pendant 10 min. Après plusieurs minutes (2-3 min), la solution devient rouge indica / brunting que Au nanoparticules sont produites. Retirer la solution à partir du bloc de chauffage et laisser refroidir à température ambiante (environ 20 ° C) (1-2 heures). Purifier les échantillons par centrifugation pendant 7 min à 4700 x g. Eliminer le surnageant à partir des échantillons centrifugés. Re-disperser les nanoparticules centrifugés dans l'eau DI, jusqu'à 10 ml. 2. Les nanoparticules Caractérisation SEM / EDX caractérisation: Placez 1-2 pi de nanoparticules centrifugés sur une grille de cuivre et laisser sécher pendant 1 heure. Placer l'échantillon dans un récipient propre et le prendre à la SEM / EDX pour la caractérisation. 11,12 UV-Vis caractérisation: Allumez le UV-Vis et lui permettre de se réchauffer pendant 10-15 min. Enregistrer un spectre de l'eau déminéralisée de référence. Placer 1 ml de solution aqueuse de la nanoparticule dans une cuvette de méthacrylateet enregistrer le spectre UV-Vis des longueurs d'ondes λ = 300 – 1000 nm. Éviter une saturation du signal en le mettant à l'absorbance maximale inférieure à ~ 1,2. Si l'absorbance maximale observée est plus grande, de réduire la hauteur du pic de dilution de l'échantillon ou en utilisant une courte longueur de trajet cuvette. Note: Surface plasmon bande de Au (λ ≈ 525 nm) devrait être facilement observée. manipulation magnétique Placez 3 ml des échantillons rouge / brun aqueuses de nanostructures magnétiques / plasmonique en cuvettes méthacrylate. Placez un aimant achetés dans le commerce (~ 100 Gauss) à proximité immédiate de la cuvette. Remarque: En quelques minutes, tous les nanoparticules magnétiques / plasmoniques sont "attachés" à côté de la cuvette de méthacrylate où l'aimant a été placée. Solution passe du brun à l'incolore indiquant que les nanoparticules ont conservé leurs propriétés magnétiques même après Au a été déposé sur Fe 2 </sub> O 3 surface. Plasma à couplage inductif spectrométrie de masse (ICP-MS) analyse. 13 Utilisez échantillons aqueux de solutions de nanoparticules dans cette analyse. Digest purifié échantillons de nanoparticules dans de l'acide nitrique pour les transformer en une forme ionique de masse avant les expériences d'analyse par transfert de tous les échantillons dans des tubes avec un volume final de 10 ml d'acide nitrique à 2%. Laisser 30 minutes pour la digestion ait lieu. Créer une courbe d'étalonnage avec des concentrations connues d'analytes d'intérêt (par exemple, Au, Fe). échantillons Spike avec une solution étalon interne contenant 10 ppb Rh et In et d'analyser en mode semi-quantitative de l'ICP-MS selon les instructions du fabricant. Cette technique implique l'analyse d'une traçabilité norme multi-éléments NIST (10 ppb Au et 100 ppb Li, Mn, Fe, Co, Sr, Cd, Bi et U). Comparez les intensités déterminées pour la norme avec le intensities pour les autres échantillons pour obtenir des concentrations approximatives pour des éléments sélectionnés. Pour tenir compte des dérives de plasma et d'instruments, tous les échantillons doivent avoir un minimum de concentration de 10 ppb pour In qui a été ajouté à tous les échantillons. Déterminer la concentration élémentaire des analytes d'intérêt pour les solutions préparées en procédant comme suit: Effectuer un échantillon de validation d'étalonnage initiale de la norme multi-éléments (10 ppb Au et 75 ppb Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi et U). Effectuer vierge d'étalonnage initial de l'eau déminéralisée. Effectuer une analyse ICP-MS sur deux échantillons d'intérêt. Continuer d'exercer échantillon de validation d'étalonnage (10 ppb Au et 75 ppb Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi et U) de la norme multi-éléments. Continuer étalonnage du blanc de l'eau déminéralisée. Remarque: Selon les spécifications du fournisseur, les mesures ICP-MS ont une incertitude de 20%. Nanomatériau travail de laboratoire a été effectuée sous afhotte ume. PPE (blouse, tablier, gants fins mil nitrile pour un contact accidentel, et des lunettes) et un écran facial doivent être utilisés si le capot châssis est au dessus du niveau du menton. PPE minimum nécessaire lorsque l'on travaille avec des matériaux à l'échelle nanométrique; blouse jetable, gants fins mil nitrile de contact et de lunettes de sécurité accessoires avec écrans latéraux sera porté dans le laboratoire lors de la manipulation des nanomatériaux. Nanomatériau déchets portant ne doit pas être mis à la poubelle ordinaire ou dans les égouts. Expérience 3. Laser chauffage Allumez l'alimentation et l'équilibre laser. Remarque: La longueur d'onde du laser utilisé dans cette expérience (λ = 532 nm) est choisie pour correspondre à la LSPR pic d'absorption d'aussi près que possible. Cependant, les effets photothermiques peuvent être induits en utilisant toute longueur d'onde qui chevauche l'absorption des nanoparticules. L'efficacité du chauffage est juste supérieure lorsqu'il est éclairé sur la résonance. Positionner les fenêtres de la balance afin qu'ils; do ne pas obstruer le chemin de laser ou de bloquer les thermocouples (IR) infrarouge. Les thermocouples sont IR sans contact des sondes de température et doivent avoir une ligne de vue dégagée à la mesure de surface. La figure 1 montre un schéma du dispositif expérimental. Retirez les couvercles de protection des thermocouples IR. Ouvrez le logiciel de collecte de données et exécuter, en nommant la mesure, "warm-up." Le logiciel personnalisé recueille les valeurs d'équilibre et de résistance du thermocouple en fonction du temps, et lorsque le programme est en cours d'exécution, il enregistre ces valeurs dans un fichier de données. Exécutez la mesure pendant au moins 20 min pour permettre au système de se réchauffer. Lorsque le système est en train de chauffer, de préparer l'échantillon en pipetant la quantité appropriée (3 ml) de la solution souhaitée dans une cuvette de méthacrylate. Les quantités utilisées voici 3 ml de solution pour cuvettes standard, et 1 ml pour cuvettes semi-micro. Régler la puissance du laser à la plus faible setttion qui produit un faisceau à peine visible, ce qui est 1,5 A pour le système laser utilisé ici. Assurez-vous que le point de faisceau laser est dégagée et reste au point focal du thermocouple IR. Placer l'échantillon sur le bras de levier de telle sorte que le côté de la cuvette est perpendiculaire au faisceau de mesure IR du thermocouple et la trace du faisceau laser frappe le centre de la solution. Réduire la puissance du laser jusqu'à ce que le faisceau est plus visible, mais ne pas couper l'alimentation. Après 20 min de l'échauffement est terminée. Arrêter le programme de mesure et de sortie sur le logiciel. Remettre à zéro la balance. Ouvrez le logiciel de collecte de données, cliquez sur Exécuter, puis créer un nom pour le fichier de données. L'expérience se déroulera après avoir nommé le fichier et en cliquant sur "Enregistrer". Le programme expérimental exacte dépendra de l'information désirée, mais une routine de modèle est fournie ici. Commencer la collecte des données. Après 120 secondes, faire monter la lpuissance Aser à la position désirée (1,2 W pour ces expériences, qui, lorsqu'ils sont concentrés dans un ~ 20 um spot correspond à ~ 3,8 × 10 5 W / cm 2). Recueillir des données pour un autre 1.000 sec, puis ajuster la puissance du laser à la mise minimum et éteignez la puissance du laser offre. Continuer à recueillir des données pour une autre de 1000 secondes avant l'arrêt de la mesure. Après la routine expérimentale est terminée, sortie sur le programme, tourner le tout, et re-cover tous les équipements. Enregistrer les données expérimentales dans un format ASCII et en outre traiter et analyser en utilisant un logiciel supplémentaire.

Representative Results

Composition du matériau est une considération importante pour les matériaux hybrides. dispersif analyse de l'énergie des rayons X (EDX) et plasma à couplage inductif spectrométrie de masse (ICP-MS) peuvent fournir cette information. Analyse EDX fournit des données semi-quantitatives (Figure 2), tandis que l'ICP-MS offre, des informations quantitatives précises concernant les éléments d'intérêt. Il est constaté que l'hybride Fe 2 O 3 -au nanoparticules ont des concentrations de Fe et de l'UA des ρFe = 150 ppb et ρAu = 49 ppb. A titre de comparaison, les nanoparticules Au purs, qui sont utilisés en tant que témoin pour le chauffage photothermique, sont beaucoup plus élevés de concentrations Au ρAu = 1100 ppb. Analyse SEM révèle la morphologie des Fe 2 O 3 -Au nanoparticules (Figure 3), montrant des agrégats de particules irrégulières arrondis qui apparaissent fonctionnalisés avec un plus petit, lumineux,et des nanoparticules arrondis. Les nanoparticules plus grosses sont identifiés comme Fe 2 O 3, tandis que les plus brillantes, les nanoparticules sont identifiés comme Au. Ce type de morphologie est souvent désigné comme nanoparticules "décorées". 14 Dans ce cas, la surface de la particule de support, Fe 2 O 3, est orné de petites, isolées Au nanoparticules. L'analyse statistique des nanoparticules révèle que Fe 2 O 3 nanoparticules ont un diamètre moyen de d = 40 ± 10 nm. Les fonctionnalisation Au nanoparticules ont une plus large gamme de tailles, avec d = 20 ± 20 nm. Dynamic Light Scattering (DLS) mesures peut quantifier le comportement d'agrégation, et il est constaté que l'hybride Fe 2 O 3 -au nanoparticules ont un rayon hydrodynamique moyen de dh = 243 nm avec des bacs de population à dh = 61 nm (13%) et dh = 310 nm (87%). En outre, le potentiel zêta est jugé Ç = -16 mV, ce qui peut contribuer à limiter lacomportement d'agrégation. Le spectre de l'hybride UV-vis-NIR Fe 2 O 3 -au nanoparticules est représenté sur la figure 4A. Un pic d'absorbance nette est observée à la longueur d'onde λ ≈ 520 nm, et est attribué au mode LSPR de l'UA nanoparticules fonctionnalisation du Fe 2 O 3. La longueur d'onde de la LSPR est compatible avec les valeurs de la littérature pour AuNPs avec morphologies similaires. 11,12 Le comportement plasmonique des structures hybrides est due à la formation sur les AUNP Fe 2 O 3 supports. Ceci peut être directement observé par spectroscopie in situ UV-vis. La figure 4B montre l'absorbance UV-vis des spectres de la solution de réactif à différents moments au cours de la réaction. Au départ, il y a une légère absorption de la lumière visible attribué aux Fe 2 O 3 nanoparticules dispersées dans la solution. Comme le produit de réaction, l'abso rbance augmente, et à 1,5 min, un pic commence à se former, ce qui sera mieux définie comme la réaction continue. Ce pic résultats de LSPR absorbance et correspond à la formation de AuNPs et leur dépôt sur ​​la surface de support de Fe 2 O 3. Le comportement magnétique des nanoparticules Fe 2 O 3 -au est facilement observé par la manipulation avec un champ magnétique externe. Dans un premier temps, la solution de Fe 2 O 3 -Au a une couleur brunâtre (figure 5B). Cependant, après avoir placé la solution dans un champ magnétique externe, la solution devient peu à peu évident sur ​​plusieurs minutes que l'intégralité des nanoparticules hybrides magnétiques sont collectées par le champ (Figure 5C). La collecte magnétique est réversible, et les nanoparticules multifonctionnelles peuvent être redispersée par agitation de la solution, comme représenté sur les figures 5D et 5E. 1 "> mesures de chauffage photothermique sont présentés sur la figure 6A, qui montre la variation de la température de la masse dans la solution irradiée, AT, en fonction du temps pour l'hybride Fe 2 O 3 -au nanoparticules, AuNPs, et de l'eau désionisée (DI H 2 O). La Fe 2 O 3 -au et au nanoparticules présentent un profil de température à peu près identique, avec des températures en hausse de plus de 40 ° C. de toute évidence, les absorbances plasmoniques de deux nanoparticules types sont capables de transduire la lumière en chaleur de façon très efficace, mais Fe 2 O 3 -Au font avec une concentration beaucoup plus faible de au, tel que discuté ci-dessus. d'autre part, la DI H 2 O expérience montre pas de changement de la température, ce qui démontre que l'élévation de température dans les solutions de nanoparticules est uniquement en raison de la dissipation d'énergie électromagnétique absorbée dans les nanoparticules. AT sur la figure 6A décrit le changement de masse température, et à des températures dans la région irradiée et à proximité des surfaces des nanoparticules peuvent être beaucoup plus élevé. 13 L'évolution de la masse de la solution, Δm, qui découle de génération de vapeur est un indicateur de ces températures plus élevées. La figure 6B bâtir Δm en fonction du temps pour l'hybride Fe 2 O 3 les nanoparticules -Au et DI H 2 O. Δm pour la solution de nanoparticules est très supérieure à la vitesse d'évaporation de référence, ce qui indique des températures suffisamment élevées de la surface à produire de la vapeur à un débit significatif. Figure 1. Représentation schématique de l'installation de chauffage au laser. Une cuvette est placé à l'échelle du microgramme et éclairé par un faisceau laser à partir de ci-dessus. IR deux thermocouples mesurent la température de la cuve et la température ambiante, respectivement. Toutes les mesures sont synchronisés et enregistrés dans une collecti de donnéessur le programme. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 2. Représentant EDX spectre de l'hybride Fe 2 O 3 -au nanoparticules. L'axe des abscisses correspond à l'énergie et l'axe des ordonnées correspond au nombre de coups. Pics ont été marqués avec l'élément correspondant. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 3. Image MEB de l'hybride Fe 2 O 3 -au nanoparticules. Le larg er, régions sombres sont Fe 2 O 3, qui sont décorées avec un plus petit brillantes Au nanoparticules. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 4. Propriétés optiques. (A) UV-vis spectres d'absorption de l'hybride Fe 2 O 3 -Au nanoparticules, montrant la pleine lumière absorbance visible de Fe 2 O 3 et le pic plasmonique attribué à l'UA nanoparticules près de 530 nm. (B) L'absorbance UV-vis des spectres de la solution de réactif à différents moments au cours de la réaction, montrant l'absorbance résultant de la formation LSPR AUNP dans la solution et sur ​​les Fe 2 O 3 nanoparticules..com / files / ftp_upload / 53598 / 53598fig4large.jpg "target =" _ blank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 5. propriétés magnétiques de Photographies de Au-Fe 2 O 3 nanoparticules.; (A) dispersé dans une solution aqueuse; (B) de manipulation magnétique (temps = 0 sec); (C) de manipulation magnétique (temps = 2 min); (D) aimant retiré; (E) Au-Fe 2 O 3 nanoparticules suivantes manipulation magnétique, montrant qu'ils peuvent être facilement re-dispersées dans la solution aqueuse. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure. <img alt="Figure 6" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig6.jpg" /> Figure 6. expériences photothermiques. Parcelles montrant le (A) changement de température de la solution, AT, et (B) de la perte de masse, Δm, en fonction du temps. Sous illumination laser, les nanoparticules (noir et courbes rouges) génèrent AT importante et les valeurs Δm qui sont nettement plus grande que ceux qui se produisent pour pur DI H 2 O dans des conditions identiques (courbe bleue). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure .

Discussion

L'utilisation de nanoparticules d'or optiquement accordables pour les études de l'hyperthermie est une option intéressante car elle capitalise sur le chauffage plasmonique de nanoparticules d'or accordés à absorber la lumière fortement dans la région VIS-NIR. Les études de chauffage plasmoniques décrits ici ont été examinés à l'aide de laboratoire préparés et disponibles dans le commerce fer nanomatériaux hybrides oxyde d'or. L'une des méthodes les plus utilisées pour la fabrication de particules de nanospherical d'or colloïdales implique la réduction de l'acide chloroaurique (HAuCl 4) à l'or neutre Au (0) par des agents réducteurs, tels que le citrate de sodium, le borohydrure de sodium, etc. 15,16 La synthèse du les nanoparticules d'or des nanoparticules d'oxyde de fer est simple. On pourrait facilement contrôler la taille Au métallique, la forme, et le chargement en changeant les paramètres expérimentaux, par exemple, la concentration des réactifs, des agents réducteurs, des agents tensioactifs, etc. 17 Cette approche donne un bon contrôle de Au nanoparticldimensions e et uniforme nanoparticule chargement sur ​​Fe 2 O 3. D'autres métaux nobles peuvent également être préparés par ce procédé, comprenant Ag, Pt et Pd. 18 Un net avantage de cette procédure est que la conduite de la réaction peut être effectuée dans l'air ou l'eau, et, en principe, se prête à une grande échelle. Utilisation de nanomatériaux commerciales et / ou des procédures chimiques évolutives humide est idéal pour les applications de traitement à grande échelle ou les applications biologiques parce que ces matériaux sont facilement disponibles et plus économique que les matériaux et les procédures personnalisées synthétisés. Des modifications de surface de ces nanostructures métalliques sont également d'intérêt dans la communauté scientifique. Un certain nombre de organiques (agents tensio-actifs, des thiols bifonctionnels, les polymères, les acides aminés, les protéines, ADN) et des matériaux inorganiques (silice, d'autres métaux, des oxydes métalliques, etc.) 19 peuvent en outre être chargés ou fonctionnalisés sur ces surfaces pour créer des matériaux nanocomposites avec diverses dessins, géométries,des compositions et des capacités multifonctionnelles, par ciblage biologique, l'administration de médicaments, la détection, l'imagerie, les applications environnementales, etc.

En outre, la technique décrite ici photothermique est bien adapté pour caractériser les propriétés plasmoniques de différents matériaux, comme température de masse et les mesures de masse sont relativement faciles à réaliser en utilisant un équipement facilement disponible. La facilité de la préparation des échantillons et de la mesure est un net avantage sur les autres techniques / applications plasmoniques. Par exemple, des techniques telles que la spectroscopie Raman et LSPR surface amélioré de détection sont très sensibles à la préparation à la fois du substrat et la cible, ce qui rend 20,21 répétabilité et la comparaison entre les échantillons plus difficiles. Un inconvénient possible des mesures photothermiques décrits ci-dessus est que la température est mesurée sur l'échelle de masse et non à la surface de la nanoparticule où la chaleur est transduit. Il y a thermotechniques métrie qui peuvent fournir ces informations de la température locale, 22-24, mais celles-ci exigent la préparation des échantillons plus compliqué, ce qui les rend plus difficiles à mettre en œuvre. Enfin, les mesures décrites ici peuvent facilement être combinés avec d'autres techniques (par exemple, la dégradation photocatalytique) 9 pour évaluer les effets photothermiques sur différents processus.

En résumé, nous avons décrit la synthèse d'hybride Fe 2 O 3 -Au nanoparticules solutions et leur caractérisation photothermique. Même avec une concentration inférieure à 20 × Au, ces Fe 2 O 3 -au nanoparticules sont capables de photothermiquement solutions aqueuses de chaleur aussi efficacement que AuNPs, ce qui démontre les avantages des matériaux hybrides. En outre, les structures hybrides conservent les propriétés des deux matériaux, la création d'une structure multifonctionnelle avec des propriétés magnétiques et plasmoniques. De telles structures sont intéressantes pour des applications biomédicales,8 mais de nombreuses autres utilisations peuvent être envisagées.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Le soutien financier de ce travail a été fourni par le ministère de l'énergie DOE laboratoire dirigé Recherche et Développement (LDRD) Programme Initiative stratégique. Nous remercions M. Henry Sessions, et M. Charles Shick pour fournir leur temps et leur expertise pour nous aider avec nos expériences.

Materials

Gold(III) chloride trihydrate  Sigma-Aldrich 520918  ≥99.9% trace metals basis
Iron(III) oxide Sigma-Aldrich 544884 nanopowder, <50 nm particle size (BET)
Sodium citrate tribasic dihydrate Sigma-Aldrich S4641 ACS reagent, ≥99.0% 
SEM Hitachi  S8200
TEM Hitachi  H95000
EDX Oxford Instruments  SDD – X-Max
DLS Brookhaven Instruments NanoBrook Omni
ICP-MS Agilent  7500s
UV-Vis-NIR spectrometer Tec5 MultiSpec
Laser, λ = 532 nm  Del Mar Photonics DMPV-532-1
Microgram Balance Mettler Toledo  XP205
Infrared Thermocouples Omega Engineering OS801-HT
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References

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Murph, S. E. H., Larsen, G. K., Lascola, R. J. Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating. J. Vis. Exp. (108), e53598, doi:10.3791/53598 (2016).
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