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Engineering

In Situ Synthèse de nanoparticules d' or sans agrégation dans l'espace intercalaire de Layered titanate Films transparents

Published: January 17, 2017
doi:
10.3791/55169
, , , , ,
1Department of Material Science and Technology, Faculty of Engineering,Niigata University

Summary

Ici, nous présentons un protocole pour la synthèse in situ de nanoparticules d'or (AuNPs) dans l'espace intercalaire de films de titanate en couches sans l'agrégation des AuNPs. Aucun changement spectral a été observée même après 4 mois. Le matériau synthétisé a prévu des applications en catalyse, photo-catalyse, et le développement de dispositifs plasmoniques rentables.

Abstract

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs within the interlayer space of semiconducting layered titania nanosheet (TNS) films was investigated here. Two types of intermediate films (i.e., TNS films containing methyl viologen (TNS/MV2+) and 2-ammoniumethanethiol (TNS/2-AET+)) were prepared. The two intermediate films were soaked in an aqueous tetrachloroauric(III) acid (HAuCl4) solution, whereby considerable amounts of Au(III) species were accommodated within the interlayer spaces of the TNS films. The two types of obtained films were then soaked in an aqueous sodium tetrahydroborate (NaBH4) solution, whereupon the color of the films immediately changed from colorless to purple, suggesting the formation of AuNPs within the TNS interlayer. When only TNS/MV2+ was used as the intermediate film, the color of the film gradually changed from metallic purple to dusty purple within 30 min, suggesting that aggregation of AuNPs had occurred. In contrast, this color change was suppressed by using the TNS/2-AET+ intermediate film, and the AuNPs were stabilized for over 4 months, as evidenced by the characteristic extinction (absorption and scattering) band from the AuNPs.

Introduction

Différentes nanoparticules de métaux nobles (MNP) présentent des couleurs caractéristiques ou des tons en raison de leur localisée résonance plasmonique de surface (LSPR) des propriétés; Ainsi, les MNP peuvent être utilisés dans diverses applications optiques et / ou photochimiques 1-4. Récemment, des combinaisons d'oxyde métallique semi-conducteur (MOS) photocatalyseurs tels que l' oxyde de titane (TiO 2) et MNP, ont été examinées en détail comme nouveaux types de photocatalyseurs 5-14. Cependant, dans de nombreux cas, de très petites quantités de MNP exister sur la surface MOS, car la plupart des particules MOS ont des surfaces relativement faibles. D'autre part, les semi – conducteurs d'oxyde métallique en couches (LMOSs) présentent des propriétés photocatalytiques et ont une grande surface, typiquement plusieurs centaines de mètres carrés par unité g d'un 15-17 LMOS. En outre, diverses LMOSs ont des propriétés intercalation (c. -à diverses espèces chimiques peuvent être logés dans leurs espaces intercalaires extensibles et grandes) 15-20. Ainsi, avec une combinaison de MNP et LMOSs, il est prévu que des quantités relativement importantes de MNP sont hybridées avec les photocatalyseurs semiconducteurs.

Nous avons rapporté la première synthèse in situ de nanoparticules de cuivre (CuNPs) 21 dans l'espace intercalaire d'OVM dans ( l' oxyde de titane de nanofeuille; TNS 16-30) des films transparents à travers les étapes très simples. Cependant, les détails des procédures de synthèse et la caractérisation des autres hybrides MNP et TNS nobles n'a pas encore été rapporté. En outre, les CuNPs dans les couches TNS ont été facilement oxydés et décolorés dans des conditions ambiantes 21. En tant que tel, nous nous sommes concentrés sur des nanoparticules d'or (AuNPs), parce AuNPs sont largement utilisés pour diverses optiques, photochimique et applications catalytiques, et il est prévu qu'ils seront relativement stables contre l' oxydation 3-5,7,8,10-14 , 28,31,32. Ici, nous rapportons la synthèse de AuNPs dans l'espace intercalaire de TNS et show that 2-ammoniumethanethiol (2-AET +; Figure 1 encadré) fonctionne efficacement comme un réactif de protection pour AuNPs au sein de la couche intermédiaire de TNS.

Protocol

Attention: Soyez toujours prudent lorsque vous travaillez avec des produits chimiques et des solutions. Suivez les pratiques de sécurité appropriées et porter des gants, des lunettes et une blouse en tout temps. Soyez conscient que les nanomatériaux peuvent avoir des risques supplémentaires par rapport à leurs homologues en vrac. 1. Préparation de Regents Préparer la solution de viologène de méthyle aqueuse en dissolvant 0,0012 g de 1,1'-diméthyl-4,4'-bipyridinium (viologène de mé…

Representative Results

Deux types de films précurseurs ont été utilisés dans cette étude ( à savoir, avec et sans le réactif protecteur (2-AET +) dans la couche intermédiaire de TNS). En l'absence de 2-AET + 1,1'-diméthyl-4,4'-bipyridinium (viologène de méthyle; MV 2+) a été utilisé comme un dispositif d' expansion de l'espace intercalaire, car MV 2+ contenant LMOSs été fréquemment utilisés comme intermédiaires dans la …

Discussion

Ce manuscrit fournit un protocole détaillé pour la synthèse in situ de nanoparticules d'or (AuNPs) dans l'espace interfoliaire des films TNS. Ceci est le premier rapport de la synthèse in situ de AuNPs dans l'espace intercalaire de TNS. En outre, nous avons constaté que le 2-AET + fonctionne comme un réactif de protection efficace pour AuNPs au sein de la couche intermédiaire de TNS. Ces méthodes hybridées films transparents AuNPs et TNS. Films TNS avec une bonne transpa…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was partly supported by Nippon Sheet Glass Foundation for Materials Science and Engineering and JSPS KAKENHI (Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, #50362281).

Materials

Methyl viologen dichloride Aldrich Chemical  Co., Inc. 1910-42-5
Tetrabutylammonium hydroxide TCI T1685
cesium carbonate Kanto Chemical Co., Inc. 07184-33
anatase titanium dixoide Ishihara Sangyo Ltd. ST-01
hydrochloric acid Junsei Chemical Co., Ltd. 20010-0350
sodium hydroxide Junsei Chemical Co., Ltd. 195-13775
Tetrachloroauric(III) acid trihydrate Kanto Chemical Co., Inc. 17044-60
sodium tetrahydroborate Junsei Chemical Co., Ltd. 39245-1210
2-ammoniumethanethiol hydrochloride TCI A0296
Ultrapure water (0.056 µS/cm) Milli-Q water purification system (Direct-Q® 3UV, Millipore)
Microscope slide (Thickness : 1.0∼1.2 mm) Matsunami glass Co., Ltd.
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Sasaki, K., Matsubara, K., Kawamura, S., Saito, K., Yagi, M., Yui, T. In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films. J. Vis. Exp. (119), e55169, doi:10.3791/55169 (2017).
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