Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Mal Regissert Syntese av Plasmonic Gold Nanorør med Fleksibel IR Absorbans

Published: April 1, 2013 doi: 10.3791/50420
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Department of Chemistry, University of Toronto

Summary

Løsning-opphengbar gull nanorør med kontrollerte dimensjoner kan syntetiseres ved elektrokjemisk avsetning i porøse anodiske aluminiumoksid (AAO) membraner ved hjelp av en hydrofob polymer kjerne. Gull nanorør og nanorør arrays holder løftet for applikasjoner i plasmonic biosensing, overflate-forbedret Raman spektroskopi, foto-termisk oppvarming, ioniske og molekylære transport, MicroFluidics, katalyse og elektrokjemisk sensing.

Abstract

En nesten parallell oppstilling av porene kan produseres med anodisering aluminium folie i sure miljøer 1, 2. Anvendelser av anodiske aluminiumoksid (AAO) membraner har vært under utvikling siden 1990-tallet og har blitt en vanlig metode for å mal syntese av høye størrelsesforhold nanostrukturer, det meste av elektrokjemisk vekst eller pore-Wetting. Nylig har disse membraner blitt kommersielt tilgjengelig i et bredt spekter av porestørrelser og tettheter, som fører til et omfattende bibliotek av funksjonelle nanostrukturer blir syntetisert fra AAO membraner. Disse inkluderer sammensatte nanorods, nanotråder og nanorør laget av metaller, uorganiske materialer eller polymerer 3-10. Nanoporøse membraner har blitt brukt til å syntetisere nanopartikler og nanorør arrays som utfører samt brytningsindeks sensorer, plasmonic biosensorer, eller overflate forbedret Raman spektroskopi (SERS) substrater 11-16, samt et bredt spekter av andre felt som foto-termiskoppvarming 17, permselective 18 transport, 19, katalyse 20, 21 MicroFluidics og elektrokjemisk 22 sensing, 23. Her rapporterer vi en roman prosedyre for å forberede gull nanorør i AAO membraner. Hule nanostrukturer har potensial søknad i plasmonic og SERS sensing, og forventer vi disse gull nanorør vil tillate for høy følsomhet og sterke plasmon signaler, som følge av redusert materiale demping 15.

Introduction

Når deres dimensjoner nærmer inntrengningsdybde av lys (~ 50 nm, nanoskala), edle metaller, og viktigst gull, viser utsøkte størrelse, form og miljø avhengige optiske egenskaper 24, 25. På denne skalaen, fører til direkte belysning en sammenhengende svinging av ledningsforstyrrelser elektroner kjent som overflaten plasmon resonans (SPR). SPR er svært avhengig nanostrukturen størrelse, form, og de dielektriske egenskapene til det omgivende mediet. Det er stor interesse for å karakterisere SPR egenskaper i nye materialer, som SPR-baserte enheter dukker til bruk i sub-bølgelengde optikk, SERS underlag, og ultra-sensitive optiske sensorer 11-16, 26-29. Som sådan, utvikle beregningsmetoder til mer nøyaktig forutsi hvordan størrelse og struktur kan variere plasmonic respons er fortsatt et stort mål. Bruken av AAO membraner gir en praktisk måte å variere partikkel diameter eller lengde, og flere viktige studier bruker denne til å relatere megasured og beregnet plasmonic respons med varierende partikkelstørrelse, lengde og sideforhold 30, 31. Kanskje den mest studerte og vellykket bruk av plasmonic materialer er som brytningsindeks baserte biosensorer. For dette, resonanser i rød til nær infrarød (NIR) område (~ 800 - 1300 nm) er ønskelig siden de er mer følsomme for brytningsindeks endring, og ligge i "vann-vinduet" slik at de overføres gjennom både vann og menneskelig vev. Løsning-opphengbar nanostrukturer med SPR topper i dette området åpne spennende muligheter for in vivo plasmonic biosensing.

Porøs AAO har blitt brukt til å forberede polymer nanorør eller nanotråder ved elektrokjemisk syntese eller mal fukting, og vist seg å være anvendelig på en lang rekke materialer. AAO membraner blir nå brukt til å syntetisere løsningsorientert opphengbar høye størrelsesforhold nanorods og nanostrukturerte arrays som fungerer som høy ytelse plasmonic biosensorer eller SERS underlag. Mens AAO membraner har vært mest brukt som maler for å syntetisere solide stenger, i noen tilfeller kan det være ønskelig for den struktur å være hul. Plasmonic og SERS sensing applikasjoner, for eksempel, er overflaten basert, og hule strukturer med store overflate-areal og volum forhold kan føre til sterkere signal generasjon og høyere følsomhet 14, 15, 32. Med hensyn til dette, har gull nanorør blitt syntetisert fra ulike metoder, inkludert galvaniske erstatning reaksjoner på sølv 33 nanorods, strømløs plating 34, 35, overflate modifikasjon av malen porene 36, 37, sol-gel 38 metoder, og 39-41 electrodeposition. Disse syntesene typisk gitt dårlig dannet, porøse nanorør eller tillate for lite kontroll over størrelsen og morfologi. Synteser har også blitt rapportert hvori en metallisk skall er avsatt over en polymer kjerne i en AAO 42 membran, 43. Disse syntese forlate gull nanotUBE'er bundet til substratet og stole på malen etsing å tillate vekst av gull rundt polymer, således at de ikke kan bli studert i oppløsning. Videre har mal etsing noen potensielle ulemper. Første, ikke-uniform pore etsning langs malen veggen kan føre til en ikke-uniform gull tykkelsen. Sekund, betydelig etsing (dvs. å lage veldig tykk vegg rør) kan løse pore veggene helt.

Ganske nylig, rapporterte Bridges et al. En etchant gratis metode for å syntetisere gull nanorør i AAO membraner som bruker en oppofrende poly (3-heksyl) thiophene kjerne og avkastning løsningsorientert opphengbar gull nanorør med ekstremt høy brytningsindeks følsomhet 15. Fra det og etterarbeid, ble det oppdaget at for å sette gull skjell rundt polymer kjerne uten kjemisk etsing, må polymeren være rørformet slik at det er innvendig plass for det til å kollapse, og polymeren må være hydrofobe slik at det vil colforfalle til seg selv i stedet for å følge malen pore vegger 16. Når hydrofile polymerer er brukt, en gull "slire" delvis dekker polymer kjerne observert, noe som indikerer det polymer kjerne overholder en av veggene av malen under gullavsetning 44. Heri er detaljert protokoll for syntese av hule gull nanorør som tillater kontroll over lengde og diameter som er beskrevet (se figur 1). Disse løsning-opphengbar gull nanorør er lovende materiale for et bredt spekter av bruksområder, inkludert plasmonic biosensing eller SERS underlag.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Danner Silver arbeidselektroden

  1. Sikre AAO membran substrat oversiden opp på en glassplate ved hjelp av en to-sidig klebende. Obs: minimere membranen området i kontakt med limet, som det vil tette porene.
  2. Installer glassplaten Underlaget innehaveren av metall fordamperen, lukker kammeret, og evakuere til et trykk av under 1,0 μTorr.
  3. Ved hjelp av en resistiv kilde, fordampe sølv pellets (> 99,99% renhet) på substratet med en hastighet på 0,8 A / sek inntil en lagtykkelse på 100 nm er nådd, og deretter øke fordampningshastigheten til 1,5 A / sek inntil en endelig tykkelse på 250 nm er nådd.
  4. Slipp AAO membraner ved å tørke limet lag med en bomullspinne fuktet med diklormetan å oppløse limet.

2. Electrodepositing Kobber og nikkel

  1. Trinn 2-3 bruke en tilpasset todelte åpen ansikt Teflon elektrokjemisk celle er utformet for å holdeAAO membraner i kontakt med en ledende folie som tjener som arbeids-elektrode (figur 2). Detaljene i cellekonstruksjon kan finnes andre steder 45. Rense en Teflon celle ved skylling 3 x 10 sek med aceton, etanol, deretter 18,2 MΩ deionisert vann. Tillat cellen tørke i den omgivende laboratoriet luften.
  2. Plasser membranen sølv-ned på et stykke glatt aluminiumsfolie i Teflon elektrokjemiske celle, forsegling arbeidselektroden området med en Viton O-ring (fig. 2).
  3. Legg 3,0 ml kobber plating løsning (0,95 M CuSO 4 (5H 2 O), 0,21 MH 2 SO 4) til Teflon cellen. Koble en platina motelektrode, vandig referanseelektrode og aluminiumsfolie arbeidselektroden til en potensiostat med en konvensjonell 3 elektrode oppsett. Påfør et potensial på -90 mV vs Ag / AgCl i 15 min.
  4. Koble fra og fjerne referanse-og hjelpesystemer elektroder, holde to stykke cell og AAO membran intakt med folie, og skyll cellen under rennende 18,2 MΩ avionisert vann. La cellen suge i 30 minutter i 5 ml 18,2 MΩ avionisert vann for å fjerne overskudd kobber plating løsning fra inne i porene.
  5. Tom cellen, og legge 3,0 ml kommersiell fornikling løsning (Watts Nickel Pure fra Technic inc..) Og koble disken referanse, og arbeider elektroder som beskrevet i trinn 2.3. Påfør et potensial på -900 mV vs Ag / AgCl i 20 min.
  6. Koble fra og fjerne referanse-og hjelpesystemer elektroder holde den todelte celle og AAO membran og folie intakt. Skyll cellen 3 x 10 sek med 18,2 MΩ avionisert vann, og deretter la det trekke i 30 minutter i 5 ml 18,2 MΩ avionisert vann for å fjerne overflødig Plating løsning fra porene. Tillate cellen å tørke i den omgivende laboratoriet luften over natten.

3. Electropolymerizing den Polymer Kjerne

  1. Bringe intakt Teflon celle assembly i en inert atmosfære hanskerommet utstyrt med utvendige tilkoblinger til en potensiostat.
  2. Forberede en løsning av 30 mM 3-hexylthiophene i 3,0 ml 46% bortrifluorid i dietyleter og legge den til Teflon elektrokjemisk celle.
  3. Koble telleren og arbeids elektrodene til et potensiostat som beskrevet i trinn 2.3. Legg til en Ag / Agno 3 acetonitril referanseelektrode og koble som beskrevet i trinn 2.3. Påfør et potensial på 1500 mV vs Ag / Agno 3 for 10 min. Strømninger i størrelsesorden 0,1 mA indikerer en vellykket nedfall (Figur 3).
  4. Koble fra og fjerne referanse-og hjelpesystemer elektroder holde den todelte celle og AAO membran og folie intakt og skyll cellen med 5 ml acetonitril i hanskerommet for å fjerne overflødig bortrifluorid. Fjern cellen fra hanskerommet og skyll med en 5 ml aliquot av etanol, og deretter la cellen å suge i frisk etanol i 20 min. Skyll cellen igjen med 5 ml mi lli-Q 18,2 MΩ deionisert vann og deretter la cellen å suge i 18,2 MΩ avionisert vann i 20 min. La det tørke i den omgivende laboratoriet luften.

4. Electrodepositing Gold Shell

  1. Legg 3,0 ml kommersiell gull løsning (Orotemp 24 RTU fra Technic Inc.) til Teflon cellen, bland med en pipette i 2 min for å tillate at gull løsningen infiltrere porene helt og indusere hydrofobe kollaps av polymeren kjernen.
  2. Koble arbeidselektroden, motelektroden, og vandig referanse elektroden til en potensiostat som i trinn 2.3, og anvende -920 mV vs Ag / AgCl for varierende ganger (5 min til 5 timer). Strømninger i størrelsesorden 0,5 mA indikerer en vellykket nedfall (Figur 3). Lengden på gull nanorør bestemmes ved avleiring tid (figur 4).
  3. Skyll cellen under en strøm på 18,2 MΩ avionisert vann og la den tørke.
le "> 5. Fjerne Sacrificial Materiale og isolere Gold Nanorør

  1. Fjerne membranen fra Teflon cellesammensetning og oppløse sølv, kobber og nikkel med et par dråper kons. Salpetersyre (> 68%) på sølv belagt side. Fjern syren og skyll membraner 3 x 10 sek med 18,2 MΩ deionisert vann.
  2. Etse polymer kjerne ved å dyppe membranen over natten i en 3:1 volum / volum løsning av svovelsyre og 30% hydrogenperoksid (OBS! Denne løsningen er et sterkt oksydasjonsmiddel, og bør håndteres med forsiktighet).
  3. Fjern syreoppløsningen og skyll membranen under en strøm av 18,2 mΩ deionisert vann. Bryt membranen i små biter og legg i en 3,0 ml sentrifuge hetteglass, og tilsett 2 ml av en vandig 3,0 M NaOH-oppløsning. Agitere hetteglasset i en oppvarmet blander som opererer ved 1000 opm og 40 ° C i 3 timer eller inntil membranen er oppløst.
  4. Sentrifuger blandingen i 10 minutter ved 21.000 xg, fjerne supernatantvæsken og utskiftingE Det med 18,2 MΩ avionisert vann. Gjenta denne syklusen 3 ganger. Hetteglasset inneholder nå gull nanorør som kan heises opp ved svak sonikering. Ved sonikering og suspensjon løsningen skal vises lys lilla.

6. Optisk karakterisering av Gold Nanorør

  1. For å måle den optiske spektra, sentrifuger løsningen av gull nanorør i 10 minutter ved 21.000 xg, fjerne supernatantvæsken og erstatte den med D 2 O. Gjenta denne prosessen 3 ganger.
  2. Sonicate blandingen i 30 sek til løsningen blir klar, og overføre løsningen i en 1 ml kvarts kyvetten.
  3. Skaffe utryddelse spektra fra 200 nm til 2000 nm i en UV / VIS spektrofotometer, som opererer i to-stråle-modus ved hjelp av en kyvette med D 2 O som referanse celle. To absorbances må være tilstede, tilsvarende de tverrgående og langsgående plasmon moduser (figur 5).
  4. For å måle solid state spektra, proceed til trinn 5.2. Stopp og legg intakt membran på et glass lysbilde.
  5. Fukt membranen og glass lysbilde med D 2 O for å øke åpenhet.
  6. Fest membranen festet til en glass-slide og montere den i en tynn film prøveholderen for en UV / VIS spektrofotometer. Opererer i to-stråle-modus, få en utryddelse spektra fra 200 nm til 1300 nm ved hjelp av en glass-slide som referanse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Etter hvert trinn, kan en synlig fastslå hvorvidt syntesen er vellykket ved å observere fargen på membranen. Etter kobberavsetting (trinn 2.3) malen vises lilla. Under nikkel nedfall (trinn 2.5) malen vil sakte bli svart. Etter polymer nedfall (trinn 3.3) malen skal vises mørkere lilla / sort og mer glossy (figur 2). Typiske chronoapmerograms vellykket polymer og gull er inkludert (figur 3). Under den avsluttende etsing trinn (5.2), bør malen vises lilla og ugjennomsiktig (figur 2) på grunn av gull nanorør SPR. Etter at membranen er oppløst (trinn 5.4), kan gullet nanorør bli visualisert med elektronmikroskopi (figur 6). Gullet nanorør kan enten bli avbildet fra oppløsning for dråpe støping på en kobber TEM rutenett, eller som en justert matrise vokst av en gull base ved montering en prøve på en SEM stadium før mal disso oppløsning. Membranen porestørrelse bestemmer diameteren, som varierer mellom 10 og 250 nm i henhold til produsentens spesifikasjoner. Lengden av gull nanorør avhenger deponering tid, som kan være innstilt fra 150 nm til flere mikron. Standardavviket lengder ventes å være rundt 15% (figur 4).

Representativt optiske spektra for 55 nm diameter strukturer inngår (figur 5). De 55 nm diameter strukturer oppviser to plasmon moduser i Løsning: transversale liggende i det synlige området (520 nm) og langsgående modus liggende i nær IR regionen (~ 1200 nm). Posisjonen av de tverrgående modus vil variere avhengig av lengden av nanorør. Nanostrukturer syntetisert i 200 nm porestørrelse maler vises grumsete og brunt i løsningen, og strø tungt på tvers av alle bølgelengder.

s/ftp_upload/50420/50420fig1highres.jpg "fo: content-width =" 6.5in "src =" / files/ftp_upload/50420/50420fig1.jpg "/>
Figur 1. Reaksjonsskjema skildrer prosedyren for fremstilling gull nanorør. Den ene siden av AAO membranen er belagt med sølv, etterfulgt av elektrolytisk utfelling av kobber og nikkel lag inne i porene (A). Polymeren kjernen er deponert (B). Den polymer kjerne kollapser når det utsettes for vann (C). Gullet skallet avsettes (D). Alle offerplasser materialer er etset gir en hul gull nanorør (E). Klikk her for å se større figur .

Figur 2
Figur 2. Digitale bilder av Teflon elektrokjemisk celle med en sølv belagt AAO membraNE med forsiden ned på aluminiumfolie før (A) og etter (B) montering. Bilde av en AAO membran etter kobberavsetting (C), nikkel nedfall (D), polymer nedfall (E) og gull nanorør deponering etter offerplasser metaller og polymer er blitt etset (F).

Figur 3
Figur 3. Chronoamperograms av gull nanorør electrodeposition på -920 mV (rød) og polymer kjerne electropolymerization på 1500 mV (blå).

Figur 4
Figur 4. Drueh gull nanorør lengde versus electrodeposition tid på -920 mV for 200 nm gull nanorør. En lineær sammenheng mellom lengde og tid er observert. Feilfelt representerer en standardavvik i lengde, basert off 100 målinger.

Figur 5
Figur 5. Representant utryddelse spektra av en justert matrise av 55 nm diameter gull nanorør (A). Representative utryddelse spektra av løsningen suspendert gull nanorør som lengde (L) øker (B).

Figur 6
Figur 6. En SEM bilde av en justert rekke gull nanorør vokst av en gull substrat fremstilt i en 55 nm porestørrelse mal (A) </ Strong>. En TEM gullbildet nanorør fremstilt i en 55 nm porestørrelse malen (B). En TEM tverrsnitt av en gull nanorør fremstilt i en 200 nm porestørrelse malen (C). En TEM-bilde av en gull nanorør fremstilt i en 200 nm porestørrelse malen (D). Røde piler markere lysere kontrast området av nanorør, som angir hulrom størrelse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Mal rettet syntese av nanorods i AAO membraner har blitt stadig mer populært, men synteser av nanorods tendens til å være svært følsom overfor små endringer i materielle og syntese forhold. Her foretas en omfattende forståelse av fordelene og begrensningene ved bruk AAO membraner skissert, samt en generell retningslinje for å bruke AAO membraner for elektrokjemisk syntese av nanostrukturer.

Når du kjøper AAO membraner, er det to generelle typer tilgjengelig: asymmetriske og symmetriske. Asymmetriske membraner har pore diametre som varierer fra toppen til bunnen. Bunnen av malene består typisk av en forgrenet nettverk av porer, som til slutt fører til en justert, parallell oppstilling. Symmetriske membraner er også tilgjengelig, og er vanligvis høyere kvalitet, med ensartede innrettede pore diameter langs hele tykkelsen av membranen. Membraner av denne typen er å foretrekke dersom målet er å skape en array nanostrukturer bundet til et substrat.

Som innkjøpt, AAO membraner er åpne i hver ende. Formålet med fordampet sølv laget er å danne en arbeids-elektrode som tetter en ende av membranen. Dette gjør at hver pore å opptre som et individ elektrokjemisk celle under syntesen. Følgende trinn er elektrolytisk utfelling av metall, og det kreves i asymmetriske membraner for å fylle i det forgrenede området av membranen med uensartede pore diameter. Dette trinnet er viktig fordi uten det, er forgrenede og uregelmessig nanostrukturer dannet. Valget av metall er ikke viktig og avhenger av dine ønskede etsning forhold. Kobber ble brukt på grunn av sin høye ledningsevne, lave kostnader og enkel fjerning, kan imidlertid sølv, nikkel og gull også brukes.

Nikkel laget er viktig for electropolymerization trinn. Målet med dette trinnet er å danne en 200-500 nm nikkel belegg på toppen av kobber for å danne et lag for the polymer å følge. Bare gull og nikkel har passende hardt arbeid funksjoner for å støtte oksidativt polymerisasjon. Gull kan imidlertid ikke være etset separat fra nanorør (også sammensatt av gull), og dermed ved hjelp av gull vil resultere i rør som er forseglet i den ene enden. Nikkel er det eneste metall som kan brukes i dette trinnet hvis du trenger løsning opphengbar gull nanorør som er åpne i begge ender.

Polymeren virker som et oppofrende kjerne for gull nanorør skallet, men valget av polymer og dens nanorør morfologi er meget viktig. Polymeren må være hydrofob, slik at den kollapser mot selv selv ved tilsetning av den vandige gull løsning fremfor overholde malen veggen. Dette hydrofobe kollaps gir et rom for gull nanorør skal deponeres mellom polymer kjerne og mal vegger og hydrofile polymerer underlagt samme syntese forholdene ikke tillater fullt gull rør til form. Polymeren må også dannes påube snarere enn en stang, som polymer stang kjerner (hydrofob eller hydrofile) kan ikke falle sammen, således ikke tillate gull nanorør skall deponering. Morfologien av polymeren kjernen påvirkes også av løsningsmidlet / elektrolytt brukes for electropolymerization, som også påvirker den veggtykkelsen av resulterende gull nanorør. En mer detaljert beskrivelse av mekanismen av kjernen kollaps og hvordan å kontrollere veggtykkelsen av de resulterende gull nanorør er nylig beskrevet i litteraturen 16. I denne studien, valgte vi 3-hexylthiophene som monomer og 46% bortrifluorid i dietyleter som vår løsemiddel / elektrolytt, siden det er kjent for å produsere tynnveggede, sterkt hydrofobe poly-3-hexylthiophene nanorør 7, 10.

Det siste trinnet er electrodepositing gull skallet. På dette punktet er det nødvendig for å sikre at porene i membranen ikke er tette, som hindrer electrodeposition. Dette kan gjøres ved grundig, milde skylling etter ealm trinn, og ved å tillate den gull løsningen flere minutter å gjennomtrenge membranen helt før påføring av et potensial. Den enkleste indikasjon på at en membran er blitt tilstoppet er en lav strøm (under 1 μamp / sek til diameteren membraner beskrevet her, 13 mm). Lengden på gull nanorør kan varieres ved å øke avsetning tid.

Etter syreetsing de uedle metaller og polymer kjerne, er gull nanorør igjen i membranen. På dette punktet deres optiske egenskaper kan studeres som en matrise, eller malen kan oppløses og deres homogene løsning optiske egenskaper kan observeres. Når det utføres en optiske målinger er det viktig å sikre at alle spor av vann blir fjernet og erstattet med deuteriumoksyd, som vann vil forstyrre den nær-IR parti av spektrene der den langsgående plasmon modus oppstår. En annen viktig betraktning for optiske målinger er oppsamlingen av gull nanorør i løsning. Unmodified gull nanorør blir den samlede hvis venstre i løsningen, og dermed korte sonikering reverserer fullt aggregering av disse nanorør, og er nødvendig for å fritt suspendere dem før utryddelse målinger. Løsninger av disse gull nanorør forbli stabil over perioder på minutter til timer, avhengig av størrelsen, før krever ytterligere sonikering.

Oppsummert kan løsningsorienterte opphengbar gull nanorør være forberedt på AAO membraner. AAO membraner er nyttige for å syntetisere matriser av høye størrelsesforhold nanorods, og har fordeler fremfor løsning basert synteser i at det er veldig lett å kontrollere nanopartikkel dimensjoner. Mens løsning basert synteser kan gi mer materiale, syntetisere komplekse kompositt eller hul nanopartikler er mye mer kontrollert bruk AAO membraner, og gir mulighet for syntese av bestilte arrayer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av Universitetet i Toronto, Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, den kanadiske Foundation for innovasjon og Ontario Research Fund. DSS takker Ontario Ministry for en tidlig Forsker Award.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Reagent/Material
UniKera Standard Membrane Synkera Technologies Inc. SM-X-Y-13 Anodic aluminum oxide membranes are available from synkera in various pore sizes ranging from 13 - 150 nm, and thicknesses from 50 to 100 μm. We use the 50 μm ones. They are symmetric, meaning the pore size is uniform from top to bottom.
Anopore Inorganic Membranes Whatman 6809-7023 13 mm diameter, 200 nm pore size. These membranes are very fragile. The pore diameters are not uniform throughout, so it is important to always use the bottom of the membrane as the working electrode
Silver Pellets %99.99 Kurt J. Lesker EVMAG40EXE-D
Copper(II) sulfate pentahydrate Sigma-Aldrich 209189
Sulfuric acid ACP S8780 Caution: corrosive liquid
Hydrogen peroxide (30%) ACP H7000 Caution: oxidizing liquid
Nitric Acid ACP N2800 Caution: corrosive fuming liquid
Sodium Hydroxide Fisher Scientific S318-1 Caution: caustic powder
Watts Nickel Pure Technic Inc. 130859 Product is no longer available from Technic inc., however other commercial nickelplating solutions will work.
Techni-Gold 434HS Technic Inc. X6763600 Contains cyanide, do not acidify
Boron trifluoride diethyl etherate Sigma-Aldrich 175501-100ML Must be stored and used under inert atmosphere
3-hexylthiophene Sigma-Aldrich 399051-5G
Deuterium Oxide Sigma-Aldrich 151880-100G
Acetonitrile (anhydrous) Sigma-Aldrich 271004
Ethanol (anhydrous) Caledon Labs 1500-1-05
Equipment
EC Epsilon potentiostat/galvanostat BASi (Bioanalytical Systems, Inc.) N/A Reference electrodes and platinum wires were included with the potentiostat, and replacements can be purchaes from BASi http://www.basinc.com/products/ec/epsilon/features.html
Cary 5000 UV-Vis-NIR spectrophotometer Agilent Technologies N/A http://www.chem.agilent.com/en-US/products-services/Instruments-Systems/Molecular-Spectroscopy/Cary-5000-UV-Vis-NIR/Pages/default.aspx
Thermomixer R Eppendorf N/A http://www.eppendorf.com/int/index.php?action=products&contentid=1&catalognode=9832
Branson 2510 Ultrasonic Cleaner Bransonic Z244810 (From Sigma Aldrich) http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/Z244910?lang=en&region=CA
Covap 2 thermal evaporator Angstrom Engineering N/A http://www.angstromengineering.com/covap.html
Millipore Synergy water purification system Millipore N/A http://www.millipore.com/catalogue/module/c9209

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lee, W., Ji, R., Gösele, U., Nielsch, K. Fast fabrication of long-range ordered porous alumina membranes by hard anodization. Nature Publishing Group. 5 (9), 741-747 (2006).
  2. Li, F., Zhang, L., Metzger, R. M. On the growth of highly ordered pores in anodized aluminum oxide. Chemistry of Materials. 10 (9), 2470-2480 (1998).
  3. Martin, C. R. Template synthesis of electronically conductive polymer nanostructures. Accounts of Chemical Research. 28 (2), 61-68 (1995).
  4. Martin, C. R. Membrane-based synthesis of nanomaterials. Chemistry of Materials. 8 (8), 1739-1746 (1996).
  5. Possin, G. E. A method for forming very small diameter wires. Review of Scientific Instruments. 41 (5), 772-774 (1970).
  6. Goad, D. G. W., Moskovits, M. Colloidal metal in aluminum-oxide. Journal of Applied Physics. 49 (5), 2929-2934 (1978).
  7. Huesmann, D., DiCarmine, P. M., Seferos, D. S. Template-synthesized nanostructure morphology influenced by building block structure. Journal of Materials Chemistry. 21 (2), 408-40 (2011).
  8. Steinhart, M., Wendorff, J. H., et al. Polymer nanotubes by wetting of ordered porous templates. Science. 296 (5575), 1997 (2002).
  9. Hulteen, J. C., Martin, C. R. A general template-based method for the preparation of nanomaterials. Journal of Materials Chemistry. 7 (7), 1075-1087 (1997).
  10. DiCarmine, P. M., Fokina, A., Seferos, D. S. Solvent/Electrolyte Control of the Wall Thickness of Template-Synthesized Nanostructures. Chemistry of Materials. 23 (16), 3787-3794 (2011).
  11. Wei, W., Li, S., et al. Surprisingly long-range surface-enhanced Raman scattering (SERS) on Au-Ni multisegmented nanowires. Angewandte Chemie International Edition. 48 (23), 4210-4212 (2009).
  12. Qin, L., Zou, S., Xue, C., Atkinson, A., Schatz, G. C., Mirkin, C. A. Designing, fabricating, and imaging Raman hot spots. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (36), 13300-13303 (2006).
  13. Ruan, C., Eres, G., Wang, W., Zhang, Z., Gu, B. Controlled Fabrication of Nanopillar Arrays as Active Substrates for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. Langmuir. 23 (10), 5757-5760 (2007).
  14. McPhillips, J., Murphy, A., et al. High-Performance Biosensing Using Arrays of Plasmonic Nanotubes. ACS Nano. 4 (4), 2210-2216 (2010).
  15. Bridges, C. R., DiCarmine, P. M., Seferos, D. S. Gold Nanotubes as Sensitive, Solution-Suspendable Refractive Index Reporters. Chemistry of Materials. 24 (6), 963-965 (2012).
  16. Bridges, C. R., DiCarmine, P. M., Fokina, A., Huesmann, D., Seferos, D. S. Synthesis of Gold Nanotubes with Variable Wall Thicknesses. Journal of Materials Chemistry A. 1, 1127-1133 (2013).
  17. Kennedy, L. C., Bickford, L. R., et al. A New Era for Cancer Treatment: Gold-Nanoparticle-Mediated Thermal Therapies. Small. 7 (2), 169-183 (2010).
  18. Lee, S. B., Martin, C. R. pH-Switchable, Ion-Permselective Gold Nanotubule Membrane Based on Chemisorbed Cysteine. Analytical Chemistry. 73 (4), 768-775 (2001).
  19. Velleman, L., Shapter, J. G., Losic, D. Gold nanotube membranes functionalised with fluorinated thiols for selective molecular transport. Journal of Membrane Science. 328 (1-2), 1-2 (2009).
  20. Sanchez-Castillo, M. A., Couto, C., Kim, W. B., Dumesic, J. A. Gold-Nanotube Membranes for the Oxidation of CO at Gas-Water Interfaces. Angewandte Chemie( International ed. in English). 43 (9), 1140-1142 (2004).
  21. Kim, B. Y., Swearingen, C. B., Ho, J. -A. A., Romanova, E. V., Bohn, P. W., Sweedler, J. V. Direct Immobilization of Fab' in Nanocapillaries for Manipulating Mass-Limited Samples. Journal of the American Chemical Society. 129 (24), 7620-7626 (2007).
  22. Delvaux, M., Walcarius, A., Demoustier-Champagne, S. Electrocatalytic H2O2 amperometric detection using gold nanotube electrode ensembles. Analytica Chimica Acta. 525 (2), 221-230 (2004).
  23. Kohli, P., Wirtz, M., Martin, C. R. Nanotube Membrane Based Biosensors. Electroanalysis. 16 (12), 9-18 (2004).
  24. Ruppin, R. Electromagnetic Surface Modes. , John Wiley & Sons. New York. (1982).
  25. Sonninchsen, C. Plasmons in Metal Nanostructures. , Culliver Verlag. Gottingen. (2001).
  26. Barnes, W. L., Dereux, A., Ebbesen, T. W. Surface plasmon subwavelength optics. Nature. 424, 824-830 (2003).
  27. Maier, S. A., Kik, P. G., et al. Local detection of electromagnetic energy transport below the diffraction limit in metal nanoparticle plasmon waveguides. Nature Materials. 2 (4), 229-232 (2003).
  28. Barhoumi, A., Zhang, D., Tam, F., Halas, N. J. Surface-Enhanced Raman Spectroscopy of DNA. Journal of the American Chemical Society. 130 (16), 5523-5529 (2008).
  29. Yin, J., Wu, T., et al. SERS-Active Nanoparticles for Sensitive and Selective Detection of Cadmium Ion (Cd2. Chemistry of Materials. 23 (21), 4756-4764 (2011).
  30. Schmucker, A. L., Harris, N., et al. Correlating Nanorod Structure with Experimentally Measured and Theoretically Predicted Surface Plasmon Resonance. ACS Nano. 4 (9), 5453-5463 (2010).
  31. Payne, E. K., Shuford, K. L., Park, S., Schatz, G. C., Mirkin, C. A. Multipole Plasmon Resonances in Gold Nanorods. The Journal of Physical Chemistry B. 110 (5), 2150-2154 (2006).
  32. Moskovits, M. Surface-enhanced spectroscopy. Reviews of Modern Physics. 57 (3), 783 (1985).
  33. Sieb, N. R., Wu, N. -C., Majidi, E., Kukreja, R., Branda, N. R., Gates, B. D. Hollow metal nanorods with tunable dimensions, porosity, and photonic properties. ACS Nano. 3 (6), 1365-1372 (2009).
  34. Muench, F., Kunz, U., Neetzel, C., Lauterbach, S., Kleebe, H. -J., Ensinger, W. 4-(Dimethylamino)pyridine as a Powerful Auxiliary Reagent in the Electroless Synthesis of Gold Nanotubes. Langmuir. 27 (1), 430-435 (2011).
  35. Wirtz, M., Martin, C. R. Template-Fabricated Gold Nanowires and Nanotubes. Advanced Materials. 15 (5), 455-458 (2003).
  36. Sehayek, T., Lahav, M., Popovitz-Biro, R., Vaskevich, A., Rubinstein, I. Template Synthesis of Nanotubes by Room-Temperature Coalescence of Metal Nanoparticles. Chemistry of Materials. 17 (14), 3743-3748 (2005).
  37. Lahav, M., Sehayek, T., Vaskevich, A., Rubinstein, I. Nanoparticle Nanotubes. Angewandte Chemie (International ed. in English). 42 (45), 5576-5579 (2003).
  38. Hua, Z., Yang, S., et al. Metal nanotubes prepared by a sol-gel method followed by a hydrogen reduction procedure. Nanotechnology. 17 (20), 5106-5110 (2006).
  39. Lee, W., Scholz, R., Nielsch, K., Gösele, U. A Template-Based Electrochemical Method for the Synthesis of Multisegmented Metallic Nanotubes. Angewandte Chemie (International ed. in English). 44 (37), 6050-6054 (2005).
  40. Cui, C. -H., Li, H. -H., Yu, S. -H. A general approach to electrochemical deposition of high quality free-standing noble metal (Pd, Pt, Au, Ag) sub-micron tubes composed of nanoparticles in polar aprotic solvent. Chemical Communications. 46 (6), 940 (2010).
  41. Han, X. -F., Shamaila, S., Sharif, R., Chen, J. -Y., Liu, H. -R., Liu, D. -P. Structural and Magnetic Properties of Various Ferromagnetic Nanotubes. Advanced Materials. 21 (45), 4619-4624 (2009).
  42. Hendren, W. R., Murphy, A., et al. Fabrication and optical properties of gold nanotube arrays. Journal of Physics: Condensed Matter. 20 (36), 362203 (2008).
  43. Lahav, M., Weiss, E. A., Xu, Q., Whitesides, G. M. Core-Shell and Segmented Polymer-Metal Composite Nanostructures. Nano Letters. 6 (9), 2166-2171 (2006).
  44. Chen, X., Li, S., Xue, C., Banholzer, M. J., Schatz, G. C., Mirkin, C. A. Plasmonic Focusing in Rod-Sheath Heteronanostructures. ACS Nano. 3 (1), 87-92 (2009).
  45. Banholzer, M. J., Qin, L., Millstone, J. E., Osberg, K. D., Mirkin, C. A. On-wire lithography: synthesis, encoding and biological applications. Nature Protocols. 4 (6), 838-848 (2009).

Tags

Kjemi Chemical Engineering Materials Science fysikk nanoteknologi kjemi og materialer (Generelt) komposittmaterialer uorganisk organisk og fysikalsk kjemi metaller og materialer gull nanorør anodiske aluminiumoksid maler overflate plasmonresonans sensing brytningsindeks mal rettet syntese nano
Mal Regissert Syntese av Plasmonic Gold Nanorør med Fleksibel IR Absorbans
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bridges, C. R., Schon, T. B.,… More

Bridges, C. R., Schon, T. B., DiCarmine, P. M., Seferos, D. S. Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance. J. Vis. Exp. (74), e50420, doi:10.3791/50420 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter