Zerovalent धातु कोर नैनोकणों की पीढ़ी का प्रयोग एन (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol

Introduction

मांग और डिजाइनर nanomaterials बढ़ जाती है की अनुप्रयोगों, तो के रूप में संश्लेषण के विभिन्न तरीकों से करते हैं। इस तरह के लेजर पृथक या रासायनिक नक़्क़ाशी के रूप में "ऊपर से नीचे" तरीकों, उनके उत्कृष्ट controllability और मज़बूती से उप माइक्रोन के स्तर तक नीचे सामग्री को हल करने की क्षमता के लिए नियोजित किया गया है। इन विधियों थोक माल पर भरोसा महीन घटक है, जो आम तौर पर उत्पादन की लागत में वृद्धि के रूप में वांछित nanostructure आकार घटने में कार्रवाई की जा रही है। इस के संश्लेषण का एक वैकल्पिक तरीका "बॉटम-अप" दृष्टिकोण है, जो आणविक स्तर पर संश्लेषण को नियंत्रित करता है और वांछित nanostructure को मजबूत बनाता है। यह वांछित आत्म विधानसभा, कार्यक्षमता, सहनशीलता, और इन सामग्री nanostructured ¹ की पीढ़ी में स्थिरता पर नियंत्रण का एक महत्वपूर्ण डिग्री प्रदान करता है। आणविक स्तर से काम करके, संकर nanocomposites एक ही संरचना के भीतर दोनों सामग्री का लाभ प्रदान करने उत्पन्न किया जा सकताफिर से।

Nanomaterials बॉटम-अप रणनीति के माध्यम से संश्लेषित कर रहे हैं के रूप में, तरीकों कण आकार, आकार, बनावट, hydrophobicity, porosity, प्रभारी, और कार्यक्षमता ² नियंत्रित करने के लिए नियोजित किया जा करने की जरूरत है। धातु कोर nanoparticle संश्लेषण में, प्रारंभिक धातु नमक एक autocatalytic प्रक्रिया में कम हो जाता है शून्य वैलेंट कण, जो बदले में अन्य कण की nucleation प्रत्यक्ष उत्पन्न करते हैं। इस क्लस्टरिंग की ओर जाता है और अंत में nanoparticle उत्पादन ^3। बनाया नैनोकणों के आकार पर नियंत्रण और उन्हें समाधान के बाहर precipitating से रोकने के प्रयास में, इस तरह ligands, surfactants, आयनिक प्रभारी, और बड़े पॉलिमर के रूप में स्टेबलाइजर्स आगे ढेर ^4-10 से नैनोकणों को ब्लॉक करने की क्षमता के लिए शोषण कर रहे हैं। इन सामग्रियों को भारी समूहों की उपस्थिति के कारण या Coulombic repulsions ³ के माध्यम से या तो steric बाधा के माध्यम से, नैनोकणों के वान डर वाल्स आकर्षण को रोकती हैं।

टी मेंअपने काम, एक सतही, एक पॉट, सिंथेटिक silane का उपयोग कर विभिन्न धातु कोर नैनोकणों की पीढ़ी के लिए रणनीति, एन (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol (2-एएसटी) (चित्रा 1) प्रस्तुत किया है। इस परिसर पर ligands एक अपेक्षाकृत उच्च प्रभावकारिता के साथ धातु व्यापारियों को कम करने और धातु नैनोकणों स्थिर करने में सक्षम हैं। तीन silanol वर्तमान moieties भी crosslinking में सक्षम हैं और यह अपने मैट्रिक्स (चित्रा 2) के भीतर नैनोकणों के साथ गर्भवती organosilane बहुलक का एक परस्पर नेटवर्क रूपों। सबसे silanes, जो आसानी से पानी की उपस्थिति में हाइड्रोलिसिस से गुजरना के विपरीत, इस परिसर पानी है, जो hydrophobicity उद्देश्यों, स्थिरता, और नियंत्रण के लिए फायदेमंद है में स्थिर है।

Protocol

नोट: के रूप में आगे कोई शुद्धि के साथ निर्माता से है सभी अभिकर्मकों उपयोग किया जाता है। प्रतिक्रियाओं यूवी विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी के माध्यम से अप करने के लिए एक सप्ताह के लिए निगरानी की गई कमी को पूरा करने के लिए सुनिश्चित करें। सभी प्रतिक्रियाओं एक वेंट हुड के तहत बाहर किया जाता है और उचित सुरक्षा पोशाक दस्ताने, आँख चश्मे, और प्रयोगशाला कोट सहित सभी समय पर पहना जाता है।

1. चांदी नैनोकणों के संश्लेषण

1. एक 50 मिलीलीटर Erlenmeyer फ्लास्क में सीधे चांदी नाइट्रेट की .0169 जी (0.1 mmol) वजन।
2. ultrapure पानी की 18.2 MΩ और एक चुंबकीय उत्तेजक बार के 20 मिलीलीटर में जोड़ें। वाष्पीकरण को रोकने के लिए डाट के साथ कुप्पी कवर।
3. एक तेल स्नान में रखें कुप्पी एक उत्तेजक / गर्म थाली पर स्थित है और यह सुनिश्चित करें कि तापमान 60 डिग्री सेल्सियस पर बनाए रखा है।
4. धीरे-धीरे एक सटीक micropipette का उपयोग 2-एएसटी के 144 μl (0.2 mmol) जोड़ें। सभी silane सुनिश्चित करने के लिए समाधान में फ्लश पिपेट कई बार समाधान में स्थानांतरित किया है।
5. यूवी विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी रीडिंग लेनेधारा 5 में सूचीबद्ध प्रोटोकॉल के अनुसार।
6. 6 घंटे के बाद, तेल स्नान से नमूना निकालें और भंडारण, मंदिर, FTIR और आगे के विश्लेषण के लिए एक 20 मिलीलीटर नमूना शीशी के लिए स्थानांतरण।
   नोट: सोने और पैलेडियम नैनोकणों के संश्लेषण 216 μl (0.3 mmol) 2-एएसटी की आवश्यकता होती है सोने के नैनोकणों के अपवाद के साथ ही विधि और stoichiometric मात्रा में निम्नानुसार है। प्रतिक्रिया अप करने के लिए 2 सप्ताह के लिए नैनोकणों उत्पादन जारी रख सकते हैं, लेकिन प्रारंभिक दर दर की तुलना में महत्वपूर्ण नहीं है।

2. संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (मंदिर) नमूना तैयार

1. सुनिश्चित करें कि नमूना आरटी के लिए ठंडा हो गया है।
2. फिल्टर पेपर के एक टुकड़े पर एक स्वच्छ 200 कार्बन-जाल formvar लेपित तांबे ग्रिड रखें।
3. 1 मिलीलीटर प्लास्टिक पाश्चर विंदुक, कच्चा-बूंद सीधे ग्रिड पर nanoparticle नमूने के लगभग 60 μl का उपयोग करना।
4. ग्रिड इमेजिंग से पहले 24 घंटे के लिए शुष्क करने की अनुमति दें।
5. उच्च संकल्प मंदिर छवियों निम्न शर्तों के साथ लें:10 μA वर्तमान और 100 केवी वोल्टेज ²² में तेजी।

3. परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) नमूना तैयार

नोट: आरटी पर एनएमआर प्रदर्शन करना। उच्च तापमान पर संकेतों संगठित होना हो सकता है, जो प्राप्त स्पेक्ट्रा की गुणवत्ता degrades।

1. एक सटीक पिपेट, पिपेट एक साफ एनएमआर ट्यूब में ड्यूटेरियम डाइऑक्साइड (डी ₂ ओ) के 50 μl का उपयोग करना।
2. एक और स्वच्छ परिशुद्धता के साथ पिपेट, पिपेट ही एनएमआर ट्यूब में nanoparticle नमूना के 400 μl।
   1. नमूने एनएमआर ट्यूब के भीतर की दीवारों का पालन कर सकते हैं, धीरे-धीरे एनएमआर ट्यूब में समाधान जोड़ें। नमूना पालन करता है, ट्यूब टोपी और नीचे करने के लिए समाधान के लिए मजबूर करने के ट्यूब के शीर्ष हिला।
3. मिलाते और बार बार एनएमआर inverting ट्यूब द्वारा नमूना मिक्स।
4. एनएमआर निम्नलिखित निर्माता द्वारा प्रदान की एनएमआर प्रोटोकॉल द्वारा निर्धारित दिशाओं में जगह नमूना ट्यूब। 1,000 स्कैन के एक ऊपर की ओर समुचित संसाधन और अन्य विभागों के लिए आवश्यक हो सकता हैएक ¹ एच प्रोटॉन एनएमआर पल्स कार्यक्रम में olution।
   नोट: एनएमआर ट्यूब दीवारों को साफ किया जाना चाहिए। यह सिफारिश की है कि ट्यूब की बाहरी दीवार एक microfiber या एक प्रकार का वृक्ष मुक्त कपड़ा स्पेक्ट्रा स्पष्टता के लिए विश्लेषण करने से पहले से साफ किया जाता है।
5. नमूना त्यागें जब समाप्त हो गया। माता पिता के समाधान के लिए नमूना वापस नहीं है।

4. फूरियर इन्फ्रारेड (FTIR) स्पेक्ट्रोस्कोपी नमूना तैयार रूपांतरण

1. एक छोटा गिलास कंटेनर में nanoparticle नमूना के 2 मिलीलीटर रखें। एक 3 मिलीलीटर ट्यूब या 1 घूंट कांच की शीशी में अच्छी तरह से काम करता है।
2. एक निर्वात desiccator एक पानी निकलने की टोंटी के साथ लगे ग्लास कंटेनर में रखकर नमूने सूखी।
3. वैक्यूम पंप तंत्र के लिए desiccator संलग्न। नमूनों की सुखाने वैक्यूम ताकत के आधार पर कुछ घंटे लग सकते हैं। गौर नमूने सूखे के बाद वहाँ कंटेनर में नहीं दिखाई तरल है।
4. एक साफ रंग का उपयोग नमूना नीचे परिमार्जन और ठोस सामग्री इकट्ठा।
5. एटीआर FTIR स्पेक्ट्रोस्कोप एक ZnSe क्रिस्टल के साथ लगे पर ठोस सामग्री की जगहअल डायोड लेजर।
6. 4,000-500 सेमी के बीच 32 स्कैन को एकीकृत FTIR स्पेक्ट्रा प्राप्त ^-1 2.0 की एक वर्णक्रमीय संकल्प के साथ। हवा की पृष्ठभूमि ²³ का प्रयोग करें।

5. यूवी विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी नमूना तैयार

1. nanoparticle नमूने है कि पानी के लिए nanoparticle नमूना के कमजोर पड़ने 9:59 में हैं, ताकि संतृप्ति स्पेक्ट्रोमीटर विश्लेषण में नहीं होती है पर आचार यूवी विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी।
2. यूवी विज़ के लिए nanoparticle नमूने निकालें, जबकि प्रतिक्रिया आधे घंटे के अंतराल पर चल रहा है।
3. एक सटीक पिपेट का उपयोग करना, nanoparticle सामग्री के 100 μl को हटाने और एक प्लास्टिक क्युवेट में जगह है।
4. एक ही क्युवेट ultrapure पानी के 1 मिलीलीटर जोड़ें और पिपेट कई बार निस्तब्धता द्वारा मिश्रण अच्छी तरह से।
5. 250-800 एनएम के बीच रिकार्ड यूवी विज़ absorbance स्पेक्ट्रम।
6. विश्लेषण के बाद, प्रतिक्रिया के लिए नमूना वापस नहीं है। एक उचित तरीके से analyte के निपटान के।

Representative Results

प्रतिक्रिया यूवी विज़ स्पेक्ट्रोमेट्री के माध्यम से नजर रखी थी nanoparticle के रूप में गठन के लिए प्रत्येक व्यक्ति धातु nanoparticle के लिए विशेषता चोटियों का उत्पादन करना चाहिए। संश्लेषित सामग्री के अंतिम विश्लेषण मंदिर और FTIR के माध्यम से पूरा किया गया। FTIR स्पेक्ट्रा के नमूने के सूखे पाउडर से प्राप्त हुई थी। कण आकार विश्लेषण मंदिर और औसतन परिणामों के माध्यम से प्राप्त छवियों से nanoparticle व्यास को मापने के द्वारा पूरा किया जा सकता है।

2-एएसटी silane साथ नैनोकणों के Complexation silane और अमाइन कार्यक्षमताओं के लिए विशेषता चोटियों (चित्रा -3 सी, 5C, और 6C) की मौजूदगी से FTIR के साथ सत्यापित किया जा सकता। साहित्य से पता चलता सी-ओ-सी लिंकेज की उपस्थिति शाखाओं में बंटी के साथ 1000 सेमी ^-1 और बढ़ाया बहुलक श्रृंखला इस शिखर ²⁰ को विस्तृत बनाने के चारों ओर मजबूत अवरक्त अवशोषण का उत्पादन कर सकते हैं। 1 की श्रेणी में चोटियों,550-1,650 सेमी ^-1 राष्ट्रीय राजमार्ग ₂ विरूपण करने के लिए जिम्मेदार ठहराया है। एक मध्यम राष्ट्रीय राजमार्ग ₂ खिंचाव और राष्ट्रीय राजमार्ग हिलाना 3,000-2,750 सेमी ^-1 और 910-770 सेमी ^-1 क्रमश: ¹⁹ पर देखा जा सकता है।

चांदी nanoparticle संश्लेषण के लिए, प्रारंभिक सामग्री एक preheated समाधान करने के लिए जोड़ा गया था और जब तक कमी को पूरा किया गया प्रतिक्रिया नजर रखी थी। यूवी विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी उत्पाद के विश्लेषण के एक बढ़ती हुई चरम पर लगभग 414 एनएम (चित्रा 3 ए), जो चांदी की सतह plasmon अनुनाद के साहित्य मूल्यों का पालन के साथ चांदी नैनोकणों के गठन दिखाया गठन ^{11, 12} नैनोकणों। चांदी की एकाग्रता नैनोकणों में वृद्धि हुई है जब तक धातु नमक की कमी को पूरा किया गया। प्रतिक्रिया के 6 घंटे के बाद, मंदिर विश्लेषण (चित्रा 3 बी) चांदी नैनोकणों की उपस्थिति की पुष्टि की। कण आकार के विश्लेषण से पता चला है कि बहुमतनैनोकणों 10 ± 2.3 एनएम आकार रेंज में थे। आदेश में बेहतर हमारे silane यौगिक की भूमिका समझने के लिए, चांदी nanoparticle समाधान का एक RT ¹ एच एनएमआर (चित्रा 4 बी) आयोजित किया गया। यह माना जाता है कि नैनोकणों के लिए अमाइन के समन्वय 3.40 δ के लिए 2.73 के बीच नई चोटियों को जन्म देता है। इसके अलावा, नमूने फिर से एक वर्ष के बाद फिर से विश्लेषण किया है और एक ही विशेषताओं को बरकरार रखा, कणों की स्थिरता की पुष्टि करने थे।

सोने क्लोराइड के साथ प्रतिक्रिया चांदी नाइट्रेट nanoparticle संश्लेषण के रूप में एक ही तरीके से बाहर किया गया था। सोने के नमूने में, 6 घंटा (चित्रा 5 ए) के पाठ्यक्रम पर 533 एनएम रेंज में एक बढ़ती हुई चोटी मनाया गया, जो सतह plasmon अनुनाद बैंड की विशेषता है सोने के नैनोकणों के लिए ^{13, 14।} कण आकार विश्लेषण औसत आकार की गणना होना करने के लिए लगभग 24 ± 5.4 एनएम में diameter (चित्रा 5 ब)। एक ¹ एच एनएमआर नमूना चांदी (चित्रा 4C) के रूप में एक ही तरीके से सोने के नमूने के लिए तैयार किया गया था। उत्पन्न सोने नैनोकणों के साथ amines के समन्वय 2.45-3.26 δ के बीच अतिरिक्त बंटवारे चोटियों से देखा जा सकता है। इन नमूनों को भी एक वर्ष के बाद फिर से विश्लेषण किया गया और प्रारंभिक नमूना है, जो संकेत दिया है कि वे भी अच्छा कोलाइडयन स्थिरता था के रूप में एक ही विशेषताओं को बनाए रखने के लिए पाया गया है।

पैलेडियम नैनोकणों चांदी और सोने की प्रतिक्रियाओं के रूप में एक ही तरीके से संश्लेषित कर रहे थे। यह अच्छी तरह से मालूम है कि एक कुरूप स्पेक्ट्रा पीडी नैनोकणों के उत्पादन पर प्राप्त किया जाता है; वहाँ सतह plasmon अनुनाद (चित्रा 6A) के रूप में पीडी ⁰ नैनोकणों ¹⁵ उत्पादित कर रहे ^{हैं, 16, 17} से यूवी विज़ स्पेक्ट्रोमेट्री में कोई प्रत्यक्ष λ _{अधिकतम} वृद्धि हुई है। हालांकि, मंदिर इमेजिंग और कण आकार विश्लेषण संकेत दियाकि पैलेडियम नैनोकणों, व्यास (चित्रा 6B) में 1.8 ± 0.56 एनएम में आकार, संश्लेषित थे। एक ¹ एच एनएमआर नमूना यह नमूना पिछले नैनोकणों (चित्रा 4D) के रूप में ही प्रारंभिक तरीकों का पालन करने के लिए तैयार किया गया था। नमूनों में से ⁰ पी.डी. नैनोकणों amines के समन्वय 2.81-3.26 δ के बीच अतिरिक्त चोटियों के माध्यम से देखा जा सकता है।

चित्रा 1 एन (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol (2-एएसटी) का गुण। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 2. 2-एएसटी के संश्लेषण की सामान्य योजना स्थिर धातु nanoparticles। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 3. चांदी नैनोकणों। (ए) यूवी विज़ 1-10 कमजोर पड़ने समय के साथ नजर रखी थी पर चांदी nanoparticle प्रतिक्रिया मिश्रण के वर्णक्रम विश्लेषण। (बी) चांदी nanoparticle के मंदिर इमेजिंग। (सी) FTIR सूखे चांदी nanoparticle समाधान की। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4. एनएमआर स्पेक्ट्रोमेट्री डी ओ ₂ में। ¹ एच समाधान नमूने की एनएमआर ( (बी) चांदी नैनोकणों; (सी) सोने के नैनोकणों; (डी) पैलेडियम नैनोकणों। यहां यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए क्लिक करें।

चित्रा 5. सोने के नैनोकणों। (ए) यूवी विज़ 1-10 कमजोर पड़ने समय के साथ नजर रखी थी पर सोने nanoparticle प्रतिक्रिया मिश्रण के वर्णक्रम विश्लेषण। (बी) के सोने के नैनोकणों के मंदिर इमेजिंग। (सी) FTIR सूखे सोने nanoparticle समाधान की। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6 पैलेडियम नैनोकणों। (ए) यूवी विज़ पैलेडियम nanoparticle प्रतिक्रिया मिश्रण के वर्णक्रम विश्लेषण 1-10 कमजोर पड़ने पर समय के साथ नजर रखी थी। (बी) पैलेडियम नैनोकणों के मंदिर इमेजिंग। (सी) FTIR सूखे पैलेडियम nanoparticle समाधान की। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Discussion

इस पत्र की रिपोर्ट में साल्ट केवल लवण है कि धातु का परीक्षण किया गया हैं। एक परिणाम के रूप में, यह है कि इस प्रतिक्रिया रणनीति धातुओं के सभी लवण, विशेष रूप से सोने के साथ काम करेगा अनिश्चित है। पानी में इन लवण की घुलनशीलता भी प्रतिक्रिया समय, आकृति विज्ञान, और पैदावार के मामले में प्रतिक्रिया के परिणाम को प्रभावित कर सकता है। सभी प्रतिक्रियाओं में, silane एक पहले से ही भंग धातु नमक समाधान के लिए जोड़ा गया था।

यह ध्यान देने योग्य है कि ध्यान इन प्रतिक्रियाओं के लिए धातु लवण, जो हीड्रोस्कोपिक या अवशोष्य ¹⁸ हो सकता है की एक छोटी सी एकाग्रता की आवश्यकता होती सटीकता सुनिश्चित करने के लिए लिया जाना चाहिए लायक है। यह समस्या सोने क्लोराइड nanoparticle संश्लेषण में अनुभव किया गया था के रूप में सोने परिसरों हवा संवेदनशील होते हैं और जब छोड़ दिया हवा के संपर्क में विघटित हो सकती है। इस को कम करने के प्रयास में, सोने क्लोराइड नमक एक रेफ्रिजरेटर में संग्रहीत किया गया था जब तक की जरूरत है और फिर हटा दिया है, जल्दी से मापा जाता है और जब पूरा प्रशीतन में लौट आए। इसके अलावा, एक कंडेनसर है के बाद सेप्रतिक्रिया पोत के साथ प्रयोग नहीं किया, ध्यान रखा जाना चाहिए कि विलायक हीटिंग चरण के दौरान लुप्त हो जाना नहीं है। विलायक के रूप में उपयोग किए गए पानी उच्च शुद्धता की होनी चाहिए। विलायक और पीएच रूपों में contaminates nanoparticle गठन को प्रभावित कर सकता है।

सोने और चांदी के नैनोकणों के उत्पादन हल्के प्रतिक्रिया की स्थिति है, जो औद्योगिक अनुप्रयोगों में इस प्रोटोकॉल के लिए अच्छा संकेत के तहत जगह लेता है। इस विधि से एक उच्च पैदावार के साथ जलीय माध्यम में महान धातु नैनोकणों उत्पादन करने के लिए अनुमति देता है। इस पद्धति का एक बड़ा फायदा यह है कि यह किसी भी अतिरिक्त एजेंट को कम करने, जो नैनोकणों जिसके परिणामस्वरूप के रूप में अतिरिक्त शुद्धि चरणों जरूरत हो सकती है के अलगाव को मुश्किल करने के लिए जाना जाता है की आवश्यकता नहीं है। यह उम्मीद है कि इस प्रोटोकॉल अन्य धातुओं के रूप में अच्छी तरह से विस्तार होगा। इस विधि को भी एक अवसर है, जहां कणों प जेल विधियों के माध्यम से विषम गाया जा सकता है प्रदान कर सकते हैं।

इसके अलावा, सामग्री के सबसे जीई के लिए परिवर्तित किया जा सकताअन्य जमाना एजेंटों के माध्यम से ²¹ के साथ copolymerization LS। शोध पहले से ही तैयार है और इस तरह के जैल का विश्लेषण करने के लिए चल रहा है। चल रहे शोध में इस तरह के एक nanocomposite है, जो वसूली विषम कटैलिसीस में अनुप्रयोगों के लिए दिलचस्प हो जाएगा पैदा करने की दिशा में निर्देशित किया गया है।

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol (2-AST)	Gelest	SIA0590.0	25% in H2O
Silver nitrate	Sigma Aldrich	S6506
Gold(III) chloride trihydrate	Sigma Aldrich	520918
Palladium(II) Nitrate	Alfa Aesar	11035
Deuterium Dioxide	Cambridge Isotope Laboratories	DLM-4-100