Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Шаблон Направленный синтез Плазмонных нанотрубки золота с перестраиваемой поглощения ИК-

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

Summary

Решение-suspendable золота нанотрубок с контролируемым размеры могут быть синтезированы путем электрохимического осаждения в пористого анодного оксида алюминия (ААО) мембран использованием гидрофобного ядра полимера. Золото нанотрубки и нанотрубки массивов перспективны для применения в плазмонных биодатчиков, поверхностно-спектроскопии комбинационного расширения, фото-тепловой обогрев, ионного и молекулярного транспорта, микрофлюидики, катализа и электрохимических датчиков.

Abstract

Почти параллельно массив поры могут быть получены путем анодирования алюминиевой фольги в кислых средах 1, 2. Приложения анодного оксида алюминия (ААО) мембран была в разработке с 1990-х годов и стали обычным методом шаблон синтеза наноструктур высокой пропорции, в основном, электрохимической роста или поры смачивания. В последнее время эти мембраны стали коммерчески доступны в широком диапазоне размеров пор и плотности, что приводит к обширной библиотеке функциональных наноструктур, синтезируемых из мембраны AAO. К ним относятся композитные наностержней, нанопроволок и нанотрубок из металлов, неорганических материалов или полимеров 3-10. Нанопористых мембран были использованы для синтеза наночастиц и нанотрубок массивами, которые выполняют также преломления датчики индекс, плазмонных биосенсоры, или поверхность расширенной спектроскопии комбинационного рассеяния (ГКР) 11-16 субстратов, а также широкий спектр других областях, таких как фото-термическойнагрева 17, permselective транспорта 18, 19, катализ 20, микрофлюидики 21, и электрохимических датчиков 22, 23. Здесь мы сообщаем о новой процедуре подготовить золотых нанотрубок в мембранах AAO. Полых наноструктур имеют потенциал применения в плазмонных и ГКР зондирования, и мы ожидаем, что эти золотые нанотрубок позволят высокую чувствительность и сильные сигналы плазмонов, вытекающие из снизился материала увлажнения 15.

Introduction

Когда их размеры приближаются к глубине проникновения света (~ 50 нм; наноразмерных), благородные металлы, и, самое главное золото, обладают изысканным размера, формы и окружающей среды зависимых оптических свойств 24, 25. На этой шкале, прямое освещение вызывает когерентных колебаний электронов проводимости известна как поверхностного плазменного резонанса (SPR). SPR сильно зависит от наноструктур размером, формой и диэлектрических свойств окружающей среды. Существует большой интерес к характеризующих SPR свойств новых материалов, как SPR-устройства на базе новых для использования в суб-волны оптики, ГКР субстратов, и ультра-чувствительных оптических датчиков, 11-16, 26-29. Таким образом, разработка вычислительных методов, чтобы более точно предсказать, как размер и структура может меняться плазмонных ответа остается одной из главных целей. Использование мембран ААО предоставляет удобный способ для изменения диаметра частиц или длины, а также несколько важных работ использовать это, чтобы соотнести меняasured и рассчитаны плазмонных ответ с различной частиц диаметром, длиной и соотношением сторон 30, 31. Пожалуй, самый изученный и успешного использования плазмонных материалов как показатель преломления на основе биосенсоров. Для этого резонансов в красном на ближней инфракрасной области (БИК) диапазона (~ 800 - 1300 нм) желательно, так как они более чувствительны к изменение показателя преломления, и лежат в "водяного окна", что они передаются через воду и тканей человека. Решение-suspendable наноструктур с пиками SPR в этом диапазоне открытых интригующих возможностей для биодатчиков в естественных условиях плазмонных.

Пористые AAO была использована для подготовки полимеров нанотрубок или нанопроволок на электрохимического синтеза или шаблон смачивания, и оказалось применимым к широкому спектру материалов. AAO мембран в настоящее время используются для синтеза раствора-suspendable высоким соотношением сторон наностержней и наноструктурированные массивы, которые функционируют как высокая производительность плазмонных биосенсоров или SERS субстратов. В то время как AAO мембран в основном были использованы в качестве шаблонов для синтеза твердых стержней, а в некоторых случаях может быть желательным для структуры, чтобы быть полым. Плазмонных и ГКР зондирования, например, являются поверхностными основе, и полых структур с большой площадью поверхности к объему соотношениях могут привести к сильным поколением сигнала и высокая чувствительность 14, 15, 32. Что касается этого, золото нанотрубки были синтезированы различные методы, включая гальванические реакции замены на серебряных наностержней 33, химическим покрытием 34, 35, модификация поверхности шаблона поры 36, 37, золь-гель метода 38 и электроосаждения 39-41. Эти синтезы обычно покидают плохо образованные, пористых нанотрубок или позволить немного контроль над размером и морфологией. Синтез Сообщается также о котором металлические оболочки наносится поверх основного полимера в AAO мембраны 42, 43. Эти синтеза оставить золото nanotubes связаны с подложкой и полагаться на шаблон травления для обеспечения роста золота вокруг полимера, таким образом, они не могут быть изучены в растворе. Кроме того, шаблон травления имеет некоторые потенциальные недостатки. Во-первых, неоднородная пор травления по шаблону стены может привести к неравномерной толщины оболочки золота. Во-вторых, значительная травления (т.е. сделать очень толстые стены трубы), может растворить стенок пор полностью.

Совсем недавно, мосты и соавт. Сообщили травителя бесплатный метод синтеза нанотрубок золота в мембранах AAO, который использует жертвенного поли (3-гексил) тиофен ядро и дает решение-suspendable нанотрубок золота с чрезвычайно высокой чувствительности показателя преломления 15. С этого и последующих работ, было обнаружено, что для того, чтобы месторождение золота оболочек вокруг ядра полимера без химического травления, полимер должен быть трубчатыми, что есть внутреннее пространство для того, чтобы рухнуть, и полимер должны быть гидрофобными, что он будет седлонедействительной на себя, а ​​не придерживаться шаблонов стенок пор 16. Когда гидрофильные полимеры используются, золото "оболочка" частичного покрытия основного полимера наблюдается, что свидетельствует о придерживается основного полимера к одной из стен шаблона во время осаждения золота 44. При этом, подробный протокол для синтеза полых нанотрубок золота, что позволяет за контроль над длиной и диаметром описанной (рис. 1). Эти решения-suspendable нанотрубок золота являются перспективными материалами для широкого спектра приложений, включая плазмонных биодатчиков или ГКР субстратов.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Формирование Серебряный рабочего электрода

  1. Закрепить подложки AAO мембраны верхней стороной вверх на стеклянную пластину помощью 2-сторонней клея. Примечание: свести к минимуму площадь мембраны в контакт с клеем, так как он будет забивать поры.
  2. Установить стеклянную пластину в держателе подложки из металла испарителя, закрыть камеру, и эвакуировать до давления ниже 1,0 μTorr.
  3. С помощью резистивного источника, испаряется серебряные гранулы (> 99,99%), на подложке в размере 0,8 А / сек до слоя толщиной 100 нм достигается, то увеличение скорости испарения до 1,5 А / сек до окончательной толщины 250 нм достигается.
  4. Отпустите AAO мембран, вытирая клеевого слоя ватным тампоном, смоченным дихлорметан, чтобы растворить клей.

2. Электроосаждения меди и никеля

  1. Шаги 2-3 использовать пользовательские двух частей открытым лицом тефлоновым электрохимической ячейки предназначены для храненияAAO мембранами при контакте с проводящей пленкой, которая служит в качестве рабочего электрода (рис. 2). Детали конструкции клетки могут быть найдены в других местах 45. Очистите ячейку тефлоновым путем промывки 3 х 10 сек с помощью ацетона, этанола, то 18,2 МОм деионизированной воды. Разрешить клетки для просушки на воздухе лаборатории.
  2. Поместите мембраны серебра стороной вниз на лист гладкой алюминиевой фольги в клетке тефлоновым электрохимические, уплотнение рабочего электрода области с Viton O-кольцо (рис. 2).
  3. Добавить 3,0 мл меднения решение (0,95 M CuSO 4 (5H 2 O), 0,21 М H 2 SO 4) в ячейку тефлона. Подключите платиновый электрод счетчика, водного электрода сравнения и алюминиевой фольги рабочего электрода к потенциостате с помощью обычного 3 электрода настройки. Применить потенциал -90 мВ относительно Ag / AgCl в течение 15 мин.
  4. Отключить и удалить ссылку и вспомогательного электродов, держа двух частей сеLL и AAO мембраны нетронутыми с фольгой, затем промыть под проточной ячейки 18,2 МОм деионизированной воды. Пусть ячейка замочить на 30 мин в 5 мл 18,2 МОм деионизированной водой, чтобы удалить избыток раствора меднения внутри поры.
  5. Пустые ячейки, и добавить 3,0 мл коммерческое решение никелирования (никель Уатта Чистый от Technic вкл.) И подключить счетчик ссылок, и рабочие электроды, как описано в пункте 2.3. Применить потенциал -900 мВ относительно Ag / AgCl в течение 20 мин.
  6. Отключить и удалить ссылку и вспомогательного электродов сохранении двух частей клеток и AAO мембраны и пленки нетронутыми. Промойте ячейку 3 х 10 сек с 18,2 МОм деионизированной воды, то пусть это замочить на 30 мин в 5 мл 18,2 МОм деионизированной водой, чтобы удалить избыток раствора покрытие из пор. Разрешить клетки тщательно высушить в воздухе лаборатории в течение ночи.

3. Electropolymerizing основной полимерной

  1. Принесите интактной клетки тефлоновым assemblу в инертной атмосфере перчаточный ящик оснащен внешних подключений к потенциостате.
  2. Готовят раствор 30 мМ 3-hexylthiophene в 3,0 мл 46% трифторида бора в диэтилового эфира и добавить его в клетку тефлоновым электрохимической.
  3. Подключить счетчик и рабочие электроды к потенциостате как описано в пункте 2.3. Добавить Ag / AgNO 3 ацетонитрила электрода и подключить как описано в пункте 2.3. Применить потенциала 1500 мВ относительно Ag / AgNO 3 в течение 10 мин. Токи порядка 0,1 мА указывает на успешное осаждения (рис. 3).
  4. Отключить и удалить ссылку и вспомогательного электродов сохранении двух частей клеток и AAO мембраны и фольга нетронутыми и промыть клетки с 5 мл ацетонитрила в перчаточном ящике, чтобы удалить излишки трифторида бора. Удалить ячейки из бардачка и промыть 5 мл аликвоты этанола, а затем позволяют клетке, чтобы впитать в свежем этанола в течение 20 мин. Промойте клетки снова с 5 мл миль LLI-Q 18,2 МОм деионизированной воды, а затем позволяют клетке, чтобы впитать в 18,2 МОм деионизированной воде в течение 20 мин. Позвольте ему высохнуть на воздухе лаборатории.

4. Электроосаждения золота Shell

  1. Добавить 3,0 мл коммерческое решение позолотой (24 Orotemp RTU от Technic Inc) в ячейку тефлон, перемешать с помощью пипетки в течение 2 минут, чтобы решение золотым покрытием проникнуть в поры полностью и вызывают гидрофобные коллапсом ядра полимера.
  2. Подключите рабочего электрода, противоположного электрода, и водный электрод ссылкой на потенциостате как в шаге 2.3, и применять -920 мВ относительно Ag / AgCl для различных раз (5 мин до 5 ч). Токи порядка 0,5 мА указывает на успешное осаждения (рис. 3). Длина золотой нанотрубки определяется по времени осаждения (рис. 4).
  3. Промойте ячейку под струей на 18,2 МОм деионизированной водой и дайте ему высохнуть.
ле "> 5. Удаление жертвенным материалом и выделения золота Нанотрубки

  1. Снимите мембрану из собрания ячейки тефлон, и распустить серебра, меди и никеля с добавлением нескольких капель концентрированной. Азотная кислота (> 68%), на серебряном покрытием стороне. Снимите кислоты и промыть мембраны 3 х 10 сек с 18,2 МОм деионизированной воды.
  2. Etch основного полимера путем погружения мембраны ночь в соотношении 3:1 объем / объем раствора серной кислоты и 30% перекиси водорода (Внимание! Это решение является сильным окислителем и должны быть обработаны с осторожностью).
  3. Удалите раствор кислоты и промыть мембраны под струю на 18,2 мОм деионизированной воды. Разрыв мембраны на мелкие кусочки и положите в 3,0 мл флаконе центрифугу, и добавить 2 мл водного 3,0 М раствора NaOH. Встряхнуть флакон в нагретую микшеров 1000 оборотов в минуту и ​​40 ° C в течение 3 часов или пока мембрана не растворится.
  4. Центрифуга смесь в течение 10 мин при 21000 мкг, удалить надосадочную жидкость и заменяяE его с 18,2 МОм деионизированной воды. Повторите этот цикл 3 раза. Флакон теперь содержит золото нанотрубок, которые могут быть приостановлено нежный ультразвуком. После обработки ультразвуком и приостановление решения должны появиться светло-фиолетового цвета.

6. Оптическая характеристика Золотой Нанотрубки

  1. Для измерения оптических спектров, центрифуги решение золотых нанотрубок течение 10 мин при 21000 мкг, удалить надосадочную жидкость и заменить его на D 2 O. Повторите эту процедуру 3 раза.
  2. Разрушать ультразвуком смесь в течение 30 секунд, пока раствор не станет ясно, и перенести раствор в 1 мл кварцевой кювете.
  3. Получите исчезновение спектра от 200 нм до 2000 нм в УФ / ВИД спектрофотометр, работающий в режиме двойного пучка с помощью кюветы с D 2 O в качестве исходной клетки. Два поглощение должно присутствовать, соответствующие поперечных и продольных плазмонов режимов (рис. 5).
  4. Для измерения спектров твердого состояния, proceeг к шагу 5.2. Остановить и поместить нетронутыми мембраны на предметное стекло.
  5. Намочите мембрану и стекло с D 2 O по повышению прозрачности.
  6. Прикрепить мембрана крепится к стеклу и смонтировать его в тонкий держатель образца пленки для UV / VIS спектрофотометр. Работая в режиме двойного луча, получим исчезновения спектры от 200 нм до 1300 нм, используя предметное стекло в качестве эталона.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

После каждого шага, можно явно определить, является ли синтез успешно, наблюдая за цветом мембраны. После осаждения меди (шаг 2,3) шаблон появится фиолетовый. Во время осаждения никеля (шаг 2,5) шаблон будет постепенно чернеет. После нанесения полимера (шаг 3,3) шаблон должен появиться темный фиолетовый / черный и более глянцевым (рис. 2). Типичные chronoapmerograms успешного полимера и золото включены (рис. 3). На заключительном этапе травления (5,2), шаблон должен появиться фиолетовые и непрозрачные (рис. 2) в связи с золотых нанотрубок SPR. После мембраны растворяются (шаг 5,4), золотой нанотрубки могут быть визуализированы с помощью электронной микроскопии (рис. 6). Золотые нанотрубки могут быть либо изображение получено с решением по капле литья на сетке ПЭМ меди, или, как выравнивается массив выросла с золотом базы за счет установки образца на стадии SEM до шаблона диссоциации раствор. Размер пор мембраны определяет диаметр, который варьируется от 10 до 250 нм в соответствии со спецификациями завода-изготовителя. Длина нанотрубок золота зависит от времени осаждения, которая может быть настроена от 150 нм до нескольких микрон. Стандартное отклонение длины, как ожидается, составит около 15% (рис. 4).

Представитель оптические спектры для 55 нм в диаметре структуры входят (рис. 5). 55 нм в диаметре структуры наблюдаются два плазмонных мод в растворе: поперечная мода лежащих в видимой области спектра (520 нм) и продольной моды лежал в ближайшей ИК области (~ 1200 нм). Положение поперечной моды будет меняться в зависимости от длины нанотрубки. Наноструктуры синтезирован в 200 нм пор шаблонов размер появится мутная и коричневая в растворе, и разброс сильно во всех длинах волн.

s/ftp_upload/50420/50420fig1highres.jpg "FO: содержание ширина =" 6.5in "SRC =" / files/ftp_upload/50420/50420fig1.jpg "/>
Рисунок 1. Схемы изображающая процедуру подготовки золотых нанотрубок. С одной стороны мембраны AAO покрыты серебром, а затем электроосаждения меди и никеля слоя в порах (A). Основной полимер осаждается (B). Основной полимер разрушается при контакте с водой (C). Золотая оболочка хранение (D). Все жертвенных материалов травят уступая полые нанотрубки золота (E). Нажмите, чтобы увеличить показатель .

Рисунок 2
Рисунок 2. Цифровые фотографии ячейки электрохимического с тефлоновым покрытием из серебра AAO membraпе лицевой стороной вниз на алюминиевую фольгу до (А) и после (б) сборки. Изображение мембран ААО после осаждения меди (C), никель осаждения (D), полимерных отложений (E) и золото осаждения нанотрубок после жертвенного металла и полимера были выгравированы (F).

Рисунок 3
Рисунок 3. Chronoamperograms золота электроосаждения нанотрубки -920 мВ (красный) и полимер основной электрополимеризации в 1500 мВ (синий).

Рисунок 4
Рисунок 4. Grapч золото длина нанотрубок по сравнению с электроосаждения время -920 мВ на 200 нм нанотрубок золота. Линейная корреляция между длиной и время не наблюдается. Планки погрешностей представляют 1 стандартное отклонение в длине, основаны от 100 измерений.

Рисунок 5
Рисунок 5. Представитель исчезновения спектров соответствие массив из 55 нм в диаметре золотых нанотрубок (A). Представитель спектров исчезновения решение приостановлено золотых нанотрубок в качестве длины (L) увеличивается (B).

Рисунок 6
Рисунок 6. Изображение СЭМ соответствие массив золота нанотрубки, выращенные с золотой подложке, подготовленный в 55 нм пор шаблон (A) </ STRONG>. ПЭМ-изображение золотой нанотрубки получают в 55 нм пор шаблон (B). Раздел TEM крест золотой нанотрубки подготовлен в 200 нм пор шаблонов (C). ПЭМ-изображение золотой нанотрубки подготовлен в 200 нм пор шаблон (D). Красными стрелками выделите легче отличие область нанотрубки, с указанием ее размера полости.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Шаблон направленного синтеза наностержней в мембранах AAO становится все более популярным, однако синтеза наностержней, как правило, очень чувствительны к незначительным изменениям в материальной и условий синтеза. Здесь полное представление о преимуществах и недостатках использования AAO мембран, изложенные, а также в качестве общего руководства для использования AAO мембраны для электрохимического синтеза наноструктур.

При покупке AAO мембран, существует две основные типы: асимметричный и симметричный. Асимметричные мембраны имеют диаметр пор, которые отличаются от верха до низа. В нижней части шаблонов обычно состоит из разветвленной сети пор, что в конечном итоге приводит в соответствие, параллельно массива. Симметричные мембран, также доступны, и, как правило, более высокого качества, с равномерным соответствие диаметров пор по всей толщине мембраны. Мембраны этого типа предпочтительнее, если цель заключается в создании обрай наноструктур связаны с подложкой.

Как купить, AAO мембраны открыты на каждом конце. Цель испаряется слой серебра является формирование рабочего электрода, что тюлени одного конца мембраной. Это позволяет каждой поры в качестве отдельного электрохимической ячейке в процессе синтеза. Следующим шагом является электроосаждения металла, и требуется в асимметричных мембран для заполнения разветвленной площадь мембраны с неравномерным диаметром пор. Этот шаг важен, потому что без него, разветвленные и нерегулярных наноструктур сформирован. Выбор металла не важно и зависит от желаемого условий травления. Медь используется из-за своей высокой проводимостью, низкой стоимости и простоте удаления, однако серебро, никель и золото также может быть использован.

Никелевого слоя имеет важное значение для электрополимеризации шаг. Целью этого шага является формирование 200-500 нм никелевого покрытия на верхней части меди с образованием слоя для гоэлектронной полимера придерживаться. Только золото и никель имеют достаточно высокую работы функций для поддержки окислительной полимеризации. Золото однако, не может быть запечатленными отдельно от нанотрубки (также состоят из золота), таким образом, с использованием золота приведет трубы, которые запечатаны в один конец. Никель является единственным металлом, который может быть использован на этом этапе, если вам требуется решение suspendable нанотрубок золота, которые открыты на обоих концах.

Полимер выступает в качестве основного жертвенного за золото оболочки нанотрубки, однако выбор полимера и его морфологии нанотрубок являются очень важными. Полимер должен быть гидрофобными, так что он падает на себя при добавлении в водный раствор позолотой, а не придерживаться шаблонов стены. Это гидрофобные распада предоставляет пространство для золотых нанотрубок на хранение между основной полимер и шаблонов стен и гидрофильные полимеры подвергаются такому же условиях синтеза не позволяют полностью труб золото форме. Полимер должен также образуют наUbe, а не стержень, как полимер стержня ядер (гидрофобных или гидрофильных) не может развалиться, таким образом, не позволяет золота осаждением оболочки нанотрубки. Морфология основных полимера также зависит от растворителя / электролит используется для электрополимеризации, что также влияет на толщину стенок нанотрубки, полученное золото. Более подробное описание механизма коллапса ядра и как контролировать толщину стенки в результате нанотрубок золота был недавно описан в литературе 16. В этом исследовании, мы выбрали 3-hexylthiophene в качестве мономера и 46% трифторида бора в диэтиловый эфир, как наши растворителя / электролит, поскольку известно, для производства тонкостенных, высоко гидрофобная поли-3-hexylthiophene нанотрубок, 7, 10.

Последним шагом является электроосаждения золота оболочку. На этом этапе очень важно обеспечить поры мембраны не забиты, которая предотвращает электроосаждения. Это может быть достигнуто путем тщательного, нежная промывка после еаCH шаг, и, позволяя золото решения покрытие несколько минут, чтобы проникать в мембраны полностью прежде, чем применить потенциал. Самый простой признак того, что мембраны забиваются является низкий ток (менее 1 μamp / сек Диаметр мембраны описано здесь, 13 мм). Длина золотой нанотрубки может быть изменена путем увеличения времени осаждения.

После кислотного травления цветных металлов и полимеров ядро, золотой нанотрубки остаются в мембране. На данный момент их оптические свойства могут быть изучены в виде массива или шаблона может быть распущен и их однородный раствор оптические свойства можно наблюдать. При проведении оптических измерений важно, чтобы убедиться, что все следы воды удаляются и заменяются оксида дейтерия, так как вода будет вмешиваться в ближней ИК части спектра, где продольной моды плазмонов происходит. Еще одним важным фактором для оптических измерений агрегации золотых нанотрубок в растворе. Unmodified нанотрубок золота совокупности, если оставить в растворе, тем самым кратким ультразвуком полностью меняет агрегации этих нанотрубок, и требуется для свободного приостановить их до исчезновения измерений. Решения этих золотых нанотрубок остаются стабильными в течение периода минут до нескольких часов, в зависимости от их размера, до требующих дальнейшей обработки ультразвуком.

Таким образом, решение-suspendable нанотрубок золота могут быть получены в мембранах AAO. AAO мембран полезно для синтеза массивы наностержней высокой пропорции, и имеют преимущества по сравнению с решением на основе синтеза в том, что это очень легко контролировать размеры наночастиц. В то время как решения на основе синтеза может дать больше материала, обобщения сложных составных или полых наночастиц гораздо более контролируемым использованием AAO мембран, а также позволяет для синтеза упорядоченных массивов.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана в Университете Торонто, естественным наукам и инженерным исследованиям Совета Канады, Канадского фонда инноваций, и фонд Ontario Research. DSS благодаря Онтарио Министерство Рано премии научный сотрудник.

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

Химия выпуск 74 химического машиностроения материаловедения физики нанотехнологий химии и материаловедения (General) композиционные материалы неорганической органической и физической химии металлы и металлические материалы золото нанотрубки анодный шаблоны оксида алюминия поверхностного плазменного резонанса зондирования показатель преломления шаблон направленный синтез нано
Шаблон Направленный синтез Плазмонных нанотрубки золота с перестраиваемой поглощения ИК-
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