Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Синтез наночастиц золота

Published: July 10, 2021 doi: 10.3791/62176
Automatic Translation
1, 2, 1, 3, 1
1Department of Electrical and Computer Engineering, University of California, Davis, 2Department of Computer Sciences and Electrical Engineering, Marshall University, 3Department of Materials Science and Engineering, University of California, Davis

Summary

Представлен протокол синтеза наночастиц золота диаметром ~12 нм (наночастиц Au) в органическом растворителе. Наночастицы золота покрыты лигандами олейламина для предотвращения агломерации. Наночастицы золота растворимы в органических растворителях, таких как толуол.

Abstract

Наночастицы золота (наночастицы Au), диаметром ~12 нм, синтезировали путем быстрого введения раствора 150 мг (0,15 ммоль) тетрахлорауровой кислоты в 3,0 г (3,7 ммоль, 3,6 мл) олейламина (технического сорта) и 3,0 мл толуола в кипящий раствор 5,1 г (6,4 ммоль, 8,7 мл) олеиламина в 147 мл толуола. При кипячении и перемешивания реакционного раствора в течение 2 часов цвет реакционной смеси менялся от прозрачного, до светло-желтого, до светло-розового, а затем медленно до темно-красного. Затем тепло отключали, и раствору позволяли постепенно остыть до комнатной температуры в течение 1 часа. Затем наночастицы золота собирали и отделяли от раствора с помощью центрифуги и промывали три раза; путем вихрения и диспергирования наночастиц золота в 10 мл порций толуола, а затем осаждения наночастиц золота путем добавления 40 мл порций метанола и вращения их в центрифуге. Затем раствор декантировали для удаления любых оставшихся побочных продуктов и непрореагнуированных исходных материалов. При сушке наночастиц золота в вакуумной среде получают твердую черную гранулу; которые могут храниться в течение длительных периодов времени (до одного года) для последующего использования, а затем повторно растворяться в органических растворителях, таких как толуол.

Introduction

Наночастицы золота представляют собой интересный и полезный класс наноматериалов, которые являются предметом многих исследований и приложений; такие как биология1,медицина2,нанотехнологии3и электронные устройства4. Научные исследования наночастиц золота восходят к 1857 году, когда Майкл Фарадей провел фундаментальные исследования синтеза и свойств наночастиц золота5. Двумя основными методами синтеза наночастиц золота «снизу вверх» являются метод восстановления цитрата6,7,8 и метод органического двухфазного синтеза9,10. Метод восстановления цитрата «Туркевича» производит достаточно монодисперсные наночастицы золота диаметром до 20 нм, но полидисперсность увеличивается для наночастиц золота диаметром выше 20 нм; в то время как двухфазный метод «Бруста-Шиффрина» использует стабилизацию лигандов серы/тиола для получения наночастиц золота диаметром до ~10 нм11. Растворы наночастиц золота, которые предварительно синтезированы с использованием этих методов, коммерчески доступны. Для применений, где большие объемы, высокая монодисперсность и большие диаметры наночастиц золота не нужны, может быть достаточно приобрести и использовать эти предварительно синтезированные наночастицы золота у поставщиков. Однако наночастицы золота, которые хранятся в растворе, такие как многие из тех, которые коммерчески доступны, могут со временем разлагаться, поскольку наночастицы начинают агломерироваться и образовывать кластеры. В качестве альтернативы, для крупномасштабных применений, долгосрочных проектов, в которых наночастицы золота должны использоваться часто или в течение длительного периода времени, или в которых существуют более строгие требования к монодисперсности и размеру наночастиц золота, может быть желательно выполнить синтез наночастиц золота самостоятельно. Выполняя процесс синтеза наночастиц золота, можно потенциально контролировать различные параметры синтеза, такие как количество наночастиц золота, которые производятся, диаметр наночастиц золота, монодисперсность наночастиц золота и молекулы, используемые в качестве лигандов. Кроме того, такие наночастицы золота могут храниться в виде твердых гранул в сухой среде, помогая сохранить наночастицы золота, чтобы их можно было использовать в более позднее время, до года спустя, с минимальным ухудшением качества. Существует также потенциал для экономии затрат и сокращения отходов за счет изготовления наночастиц золота в больших объемах, а затем хранения их в сухом состоянии, чтобы они служили дольше. В целом, синтез наночастиц золота сам по себе обеспечивает убедительные преимущества, которые могут быть невозможными с коммерчески доступными наночастицами золота.

Чтобы реализовать многие преимущества, которые возможны при синтезе наночастиц золота, в настоящем описании представлен способ синтеза наночастиц золота. Описанный процесс синтеза наночастиц золота является модифицированной версией процесса, который был разработан Хирамацу и Остерло12. Наночастицы золота обычно синтезируются диаметром ~ 12 нм с использованием этого процесса синтеза. Основными химическими реагентами, которые используются для выполнения процесса синтеза наночастиц золота, являются тетрахлорауровая кислота (HAuCl4),олеиламин и толуол. Азотный перчаточный ящик используется для обеспечения инертной сухой среды для процесса синтеза наночастиц золота, поскольку тетрахлорауровая кислота чувствительна к воде / влажности. Наночастицы золота инкапсулированы молекулами лиганда олеиламин, чтобы предотвратить агломерации наночастиц золота в растворе. В конце процесса синтеза наночастицы золота высушиваются в вакуумной среде, чтобы их можно было хранить и сохранять в сухом состоянии для последующего использования, до одного года спустя. Когда наночастицы золота готовы к использованию, их можно повторно суспендировать в раствор в органических растворителях, таких как толуол.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Химические количества:
ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы получить соответствующие химические количества для синтеза наночастиц, возьмите исходные количества, найденные на листе «Синтез наночастиц» (на 2-й странице подтверждающей информации из статьи12исследования Остерлоха), и умножьте количество всех доз на 3 с некоторыми незначительными изменениями. В таблице 1 показаны химические количества, необходимые для инъекционного раствора, кипящего раствора, растворов для промывки/очистки и раствора травильного раствора золота.

Очистка и подготовка к процессу синтеза наночастиц золота (День 1)
ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие этапы могут быть завершены в первый день процесса синтеза.

1. Что нужно проверить и обеспечить перед подготовкой к синтезу наночастиц золота

ВНИМАНИЕ: Убедитесь, что предварительная очистка и подготовка к синтезу выполняются в вытяжном капюшоне и кислотной мокрой скамье при ношении средств индивидуальной защиты (СИЗ), таких как нитриловые перчатки, защитные очки / очки и лабораторный халат при использовании вытяжного капюшона; а также при дополнительном ношении химических перчаток, химического халата, лицевого щитка и защитных точек при использовании кислотной мокрой скамейки.

  1. Убедитесь, что имеется азотный бардачок, в котором можно выполнять препараты растворителя/реагента и процесс синтеза/химической реакции.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если азотный перчаточный ящик недоступен, вместо него можно использовать вытяжной капюшон (возможно, с линией Schlenk), хотя инертная атмосфера в азотном перчаточном ящике должна производить наночастицы более высокого качества, сохраняя чистоту тетрахлорауровой кислоты (HAuCl4). Раствор для инъекций наночастиц золота, содержащий тетрахлорауровую кислоту, следует по возможности готовить в инертной атмосфере или азотном перчаточном ящике.
  2. Убедитесь, что подставка с зажимом расположена в азотном перчаточном ящике, чтобы удерживать и поддерживать конденсаторную трубку во время процесса синтеза наночастиц золота.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Эта подставка с зажимом также позволяет поднимать и подвешивать трубку конденсатора над реакционным сосудом, в то время как толуол, тетрахлорауровая кислота и раствор олейламина вводятся в реакционный сосуд.
  3. Убедитесь, что нагреватель с магнитной мешалкой и круглой вогнутой емкостью со стеклопластиковой футеровкой (для удержания и поддержки сферы реакционного сосуда, а также для нагрева реакционного сосуда и для вращения магнитного стержня мешалки) расположен в азотном перчаточном ящике.
  4. Убедитесь, что внутри азотного перчаточного ящика расположены два резиновых шланга (для подключения трубки конденсатора к входному/выпускному отверстиям воды).
  5. Убедитесь, что микровес, способный к разрешению миллиграммов (мг), расположен в азотном бардачке.
  6. Убедитесь, что имеется достаточное количество химических реагентов и растворителей для процесса очистки и синтеза (см. Таблицу 1).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Лучше всего использовать свежие /новые высокочистые (≥99,8%) толуол и метанол, которые никогда не открывались и не подвергались воздействию воздуха/воды. Также лучше всего использовать свежую / новую тетрахлорауровую кислоту (HAuCl4),которая хранится в холодильнике и никогда не открывается, пока она не будет перенесена в азотный перчаточный ящик. Тетрахлорауровая кислота не должна подвергаться воздействию воздуха или воды/влажности в любое время, должна открываться только в азотном перчаточном ящике и должна храниться в азотном перчаточном ящике после его открытия в азотном перчаточном ящике. Предпочтительнее использовать новый олеиламин, и олеиламин также следует хранить в азотном перчаточном ящике. Тетрахлорауриновая кислота и олеиламин, которые являются совершенно новыми или моложе 1 года, должны давать лучшие результаты.
  7. Убедитесь, что в азотном перчаточном ящике есть пластиковые пакеты, нитриловые перчатки XL, салфетки для чистых помещений и алюминиевая фольга.

2. Очистите химическую реакционную посуду (перед синтезом наночастиц золота)

ВНИМАНИЕ: Золотой травяной травитель TFA и aqua regia являются коррозионными. Носите необходимые средства индивидуальной защиты (СИЗ), такие как химические перчатки, химический халат, очки и лицевой щиток. Обрабатывайте коррозионный раствор только в кислотно-влажной скамье, надевая необходимые СИЗ.

  1. В кислотно-влажную скамью поместите стеклянный реакционный сосуд с конденсаторной трубкой, прикрепленной к нему, в стакан емкостью 600 мл для поддержки и упирайтесь боковой частью трубки конденсатора в боковину кислотной мокрой скамьи для дальнейшей поддержки.
  2. Очистите химическую реакционную стеклянную посуду (конденсаторную трубку, реакционный сосуд, стеклянную пипетку) и магнитный перемешивание, налив ~ 150 мл раствора TFA золотого травильного травца и ~ 150 мл воды DI (смесь 1: 1) в конденсаторную трубку и стеклянную посуду реакционного сосуда. Поместите магнитный перемешиватель и длинную стеклянную градуированную пипетку в трубку конденсатора и дайте ванне TFA с золотым травлением сидеть и чистить стеклянную посуду в течение 30 минут.
    ПРИМЕЧАНИЕ: На дополнительном рисунке 1 показана химическая реакционная стеклянная посуда, очищаемая золотым травильным материалом.
  3. Через 30 минут отделите стеклянную посуду, чтобы взломать уплотнение между трубкой конденсатора и реакционным сосудом, чтобы собрать весь раствор травильного золота в реакционный сосуд, и налейте использованный раствор травильного травильного золота в стакан емкостью 400 мл в кислотном влажном стенде.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Раствор травленителя золота будет повторно использоваться позже для очистки химической реакционной стеклянной посуды после окончания процесса синтеза.
  4. Еще в кислотной влажной скамье промыть химическую реакционную посуду и магнитный перемешивание 3-4 раза водой DI, чтобы смыть оставшийся раствор травления золота, а затем дайте химической реакционной посуде и магнитному перемешивателю посидеть на водяной бане DI в течение дополнительных 30 минут.
  5. После 30 минут сидения на водяной бане DI, опустошите воду и используйте водяной пистолет DI, чтобы смыть воду в кислотный влажный слив скамейки. Выдуйте стеклянную посуду насухо азотным пистолетом.
  6. В вытяжном вытяжке очистите химическую реакционную стеклянную посуду (конденсаторную трубку, реакционный сосуд, стеклянную пипетку) и магнитный перемешивающий стержень путем промывки ацетоном, метанолом и изопропанолом; затем высушите стеклянную посуду азотом. Выбросьте грязные растворители в легковоспламеняющиеся отходы.
  7. В кислотной мокрой скамье очистите химическую реакционную посуду и магнитный перемешивку водой DI, затем высушите стеклянную посуду азотом.
  8. В вытяжном вытяжке очистите химическую реакционную посуду и магнитный перемешивку толуолом, затем высушите стеклянную посуду азотом. Выбросьте грязный раствор толуола в легковоспламеняющийся контейнер для отходов.
  9. Покрыть химическую реакционную стеклянную посуду (конденсаторную трубку, реакционный сосуд, стеклянную пипетку) и магнитный перемешичник алюминиевой фольгой (особенно отверстия / порты стеклянной посуды), чтобы сохранить стеклянную посуду в чистоте. Проткните пинцету пару небольших отверстий в алюминиевой фольге, чтобы вода испарилась из стеклянной посуды.

3. Очистите другую стеклянную посуду и материалы для синтеза

  1. В вытяжном вытяжке очистите другую стеклянную посуду (например, стеклянный стакан объемом 400 мл, небольшой градуированный стеклянный цилиндр объемом 5 мл, два неводных стеклянных флакона по 20 мл с крышками, облицованными PTFE) и снабжайте (например, металлический шпатель/совок, пинцет) ацетоном, метанолом или изопропанолом и водой DI; затем высушите феном другую стеклянную посуду и снабжают азотом. Выбросьте грязные растворители в легковоспламеняющиеся отходы.
  2. Если на стеклянной посуде или расходных материалах видны какие-либо остатки, протрите их салфеткой для чистой комнаты или вымойте с мылом и ацетоном / изопропанолом, пока остаток не исчезнет. Затем снова промыть их растворителями ацетона, метанола и изопропанола, а затем выдуть стеклянную посуду насухо азотом.
  3. В вытяжном вытяжке очистите другую стеклянную посуду и материалы с толуолом; затем высушите феном другую стеклянную посуду и снабжают азотом. Выбросьте грязный раствор толуола в легковоспламеняющийся контейнер для отходов.
  4. В вытяжном вытяжке очистите конические центрифужные трубки 50 мл ацетоном, метанолом или изопропанолом и толуолом; затем высушите их азотом феном.
  5. Покройте другую стеклянную посуду и материалы алюминиевой фольгой, особенно отверстия / порты стеклянной посуды, чтобы сохранить стеклянную посуду в чистоте. Проткните пинцету пару небольших отверстий в алюминиевой фольге, чтобы вода испарилась из стеклянной посуды. Убедитесь, что колпачки находятся на трубках центрифуги 50 мл.
  6. Очистите резиновую лампу пипетки клапанами, протерев ее салфеткой изопропанола в чистом помещении, затем используйте клапаны, чтобы всасывать немного изопропанола (например, впрыскивая немного в него из бутылки для выжимания изопропанола) в колбу и выплескивать изопропанол в легковоспламеняющуюся бутылку для отходов. Убедитесь, что на луковице нет остатков. Высушите луковицу азотом и накройте алюминиевой фольгой.
    ПРИМЕЧАНИЕ: На дополнительном рисунке 2 показана стеклянная посуда и расходные материалы после очистки.

4. Перенесите химикаты, стеклянную посуду и расходные материалы в азотный перчаточный ящик

  1. Используйте свежую пару нитриловых перчаток XL поверх перчаточных перчаток для обработки предметов и химических веществ внутри азотного перчаточного ящика.
  2. Поместите новые химические бутылки (толуол и метанол) в азотный перчаточный ящик (перемещая их в грузовой замок и откачивая вниз, чтобы удалить окружающий воздух с помощью вакуумного насоса, а затем продувку грузового замка азотом). Убедитесь, что в азотном перчаточном ящике также есть легковоспламеняющаяся бутылка для отходов для использованного / грязного толуола.
  3. Убедитесь, что тетрахлорауровая кислота (HAuCl4)и олеиламин также находятся в азотном перчаточном ящике, где они хранятся для предотвращения воздействия кислорода и воды / влажности.
  4. Поместите химическую реакционную стеклянную посуду (конденсаторную трубку, реакционный сосуд, стеклянную пипетку), магнитный перемешивание, конические центрифужные трубки объемом 50 мл и другую стеклянную посуду (например, стеклянный стакан объемом 400 мл, малый градуированный стеклянный цилиндр объемом 5 мл, два неводных стеклянных флакона по 20 мл с крышками из PTFE) и другие материалы (например, микропипетку, новые чистые наконечники микропипетки в полиэтиленовом пакете, металлический шпатель/ совок, пинцет, клапанную колбу пипетки) в загрузочный замок. Закройте дверцу блокировки нагрузки, откачайте грузовой замок в вакуум, оставьте их под вакуумом на 2 минуты, продуйте блокировку азотом, а затем переложите / поместите предметы внутрь азотного перчаточного ящика.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Любая остаточная вода и растворители должны испаряться в блоке нагрузки при перекачке его в вакуум, прежде чем продувку грузового замка азотом.
  5. После переноса предметов внутрь азотного перчаточного ящика используйте еще один слой алюминиевой фольги, чтобы покрыть предметы (особенно стеклянную посуду), которые покрыты алюминиевой фольгой с отверстиями в фольге, чтобы закрыть отверстия и предотвратить загрязнение предметов внутри азотного перчаточного ящика.
  6. Оставьте чистые предметы в азотном бардачке на ночь, с циркуляцией азота, чтобы удалить и отфильтровать любую остаточную воду / влагу / влажность из азотного перчаточного ящика.

Процесс синтеза наночастиц золота (День 2)
ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие этапы могут быть завершены на второй день процесса синтеза.

5. Настройка и очистка стеклянной посуды и расходных материалов для химической реакции в азотном перчаточном ящике

  1. Начните установку и очистку химической реакционной посуды и расходных материалов в азотном перчаточном ящике. Внутри азотного перчаточного ящика поместите стеклянный реакционный сосуд поверх сосуда из стекловолокна поверх нагревателя/мешалки и поместите конденсаторную трубку над стеклянным реакционным сосудом, поддерживая конденсаторную трубку подставкой с зажимами.
    ПРИМЕЧАНИЕ: На дополнительном рисунке 3 показана экспериментальная установка синтеза наночастиц золота.
  2. Убедитесь, что магнитный перемешиватель находится внутри стеклянного реакционного сосуда. Налейте ~200 мл толуола в стеклянный реакционный сосуд. Поместите стеклянный реакционный сосуд с ~200 мл толуола на перемешивающую нагревательную мантию и опустийте стеклянную конденсаторную трубку в реакционный сосуд.
  3. Подключите два шланга внутри азотного бардачка к входному и выходному отверстиям для воды трубки конденсатора.
  4. Снаружи азотного перчаточного ящика поместите конец дренажного шланга для выхода воды в дренажный резервуар / раковину в соседнем вытяжном вытяжке. Используйте зажим или ленту, чтобы удерживать шланг и держать шланг направленным вниз в канализацию.
  5. Подключите впускной шланг подачи воды к водопроводной линии на соседнем вытяжном вытяжке.
  6. Медленно включайтесь и контролируйте воду, чтобы убедиться, что она мягко течет вверх через внешнюю камеру трубки конденсатора. Отрегулируйте поток воды по мере необходимости, слегка открыв/закрыв водяной клапан.
  7. Позвольте воде течь через входное отверстие на нижней части трубки конденсатора, вверх по трубке конденсатора и выходное отверстие в верхней части трубки конденсатора.
  8. Убедитесь, что в водопроводе нет больших пузырьков воздуха и убедитесь, что шланги механически устойчивы.
    ПРИМЕЧАНИЕ: При кипячении растворов в химическом реакционном сосуде медленно течь немного воды из нижней части трубки конденсатора, вверх через внешнюю камеру сосуда конденсатора, в верхнюю часть трубки конденсатора, чтобы вода медленно стекала через дренажный шланг. Этот медленный, но непрерывный поток воды охладит трубку конденсатора и поможет конденсировать и вспомнить кипяченый пар.
  9. Убедитесь, что вода мягко течет через трубку конденсатора, чтобы охладить ее.
  10. Непрерывно перетекайте свежий азот в азотный перчаточный ящик, чтобы очистить перчаточный ящик. Непрерывно вентилировать азотный бардачок, вытягивая небольшой вакуум на азотный перчаточный ящик, чтобы азот и пары толуола выкачивалися из бардачка.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Потяните небольшой вакуум на азотный перчаточный ящик, слегка открыв выравнивающий клапан между азотным перчаточным ящиком и блокировкой нагрузки, одновременно вытягивая вакуум на грузовой блок. Не открывайте полностью уравнительный клапан, иначе уровень вакуума и поток азота будут слишком высокими. Потейте достаточно азота, чтобы непрерывно смывать и вентилировать толуол / химический пар в бардачке с течением времени. Вакуумная вытяжная линия должна быть вентилируема в вытяжной капот.
  11. Начните нагревать и перемешивать толуол магнитной мешалкой на перемешивающей и нагревательной мантии. Дайте толуолу приблизиться к мягкому кипению. Не приближаться и не превышать температуру температуры вспышки толуола; уменьшить огонь, когда он начнет кипеть.
  12. Дайте толуолу закипеть и испариться в течение 30 минут с магнитным перемешиванием для очистки реакционной посуды (реакционного сосуда и конденсаторной трубки).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Испарививой толуол охлаждается и конденсируется в конденсаторной трубке и капает обратно в реакционный сосуд.
  13. Через 30 минут выключите нагреватель и магнитную мешалку и дайте толуолу остыть в течение нескольких минут, пока толуол не перестанет испаряться и конденсироваться внутри реакционного сосуда.
  14. После того, как толуол остынет, осторожно поднимите трубку конденсатора и подвешивайте ее над реакционной емкостью, поддерживая ее с помощью подставки с зажимами. Убедитесь, что затянуть зажим и поддерживать трубку конденсатора должным образом, так как она может быть нестабильной.
  15. Перелейте толуол из реакционного сосуда в стеклянный стакан емкостью 400 мл. Будьте осторожны, чтобы случайно не вылить магнитный перемешиватель. Поместите реакционный сосуд обратно на нагревательную и перемешиваемую мантию.
  16. Закрутите толуол в стеклянном стакане емкостью 400 мл, чтобы очистить стакан. Вылейте и выбросьте грязный/использованный толуол в бутылку с легковоспламеняющимися отходами. Снова очистите стеклянный стакан объемом 400 мл свежим толуолом, а затем выбросьте использованный толуол в бутылку с легковоспламеняющимися отходами.

6. Приготовление раствора для кипячения толуола и олейламина

ВНИМАНИЕ: Олейламин токсичен и коррозионный, поэтому относитесь к нему осторожно. При обращении с олейламином вне азотного перчаточного ящика надевайте необходимые средства индивидуальной защиты (СИЗ), такие как химические перчатки, химический халат, очки и лицевой щиток. При обращении с олеиламином внутри азотного перчаточного ящика обязательно накройте перчатки перчаточного ящика новыми/чистыми нитриловыми перчатками XL. Будьте осторожны, чтобы случайно не пролить олеиламин. Некоторые салфетки для чистой комнаты могут быть помещены на поверхность лабораторного стенда внутри бардачка, чтобы помочь поглотить любые небольшие разливы.

  1. Внутри азотного перчаточного ящика введите кипящий раствор из 147 мл (~150 мл) толуола и 8,7 мл (~9 мл) олеиламина в реакционный сосуд.
    1. Используйте стеклянный стакан 400 мл для измерения 147 мл (~ 150 мл) толуола. Перелейте 147 мл (~150 мл) толуола из стеклянного стакана в реакционный сосуд.
    2. Используйте 5 мл небольшого стеклянного градуированного цилиндра, чтобы тщательно измерить 8,7 мл (~ 9 мл) олейламина. Сначала тщательно отмерьте и налейте 4 мл, а затем 4,7 мл олейламина из небольшого стеклянного градуированного цилиндра в реакционный сосуд.
  2. Осторожно опустите трубку конденсатора вниз в стеклянный реакционный сосуд еще раз.
  3. Убедитесь, что вода мягко течет через внешнюю камеру конденсаторной трубки для охлаждения, конденсации и сбора паров толуола и олеиламина.
  4. Нагрейте и перемешайте раствор олеиламина и толуола в реакционном сосуде и дайте раствору приблизиться к медленному/мягкому кипению (используя мантию перемешивания и нагревания, с магнитным перемешивающим стержнем, вращающимся для смешивания раствора). Как только раствор олейламина и толуола достигнет мягкого кипения, немного понизите огонь, чтобы он медленно кипела. Не приближайтесь и не превышайте температуру вспышки толуола.

7. Приготовление раствора для инъекций тетрахлорауровой кислоты, олейламина и толуола

  1. Начинают приготовление раствора для инъекций (150 мг тетрахлорауровой кислоты, 3,6 мл олейламина, 3,0 мл толуола).
  2. Убедитесь, что тетрахлорауровая кислота свежая или не подвергалась воздействию воздуха, воды, влаги или влажности. Снимите лабораторную пленку или уплотнение, защищающих тетрахлорауровую кислоту от воздуха и влаги.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Тетрахлорауровая кислота очень чувствительна к воде/влаге/влажности. Следует приложить все усилия для предотвращения воздействия порошка тетрахлорауровой кислоты на воздух/воду. Тетрахлорауровая кислота поставляется в герметичном мешочку, а новые контейнеры запечатаны воском, чтобы предотвратить попадание водяного пара в новые сосуды. Новая партия тетрахлорауровой кислоты стоит ~ 100 долларов, но она должна длиться год, если не подвергается воздействию водяного пара. Храните новые неоткрытые партии тетрахлорауровой кислоты в холодильнике. Перенесите новую неоткрытую партию тетрахлорауровой кислоты в азотный перчаточный ящик перед его открытием. Открывайте новый контейнер с тетрахлорауровой кислотой в азотном бардачке только тогда, когда влажность достигла соответствующего низкого и стабильного уровня (менее 0,8% относительной влажности). Храните тетрахлорауровую кислоту в азотном перчаточном ящике после его вскрытия. После открытия тетрахлорауровой кислоты оберните лабораторную пленку вокруг крышки контейнера, чтобы помочь с герметичности контейнера и предотвратить попадание водяного пара и загрязняющих веществ в контейнер.
  3. В азотный перчаточный ящик поместите один из двух невородных стеклянных флаконов по 20 мл с крышками, выложенными PTFE, на микровес/весы и снимите крышку с ptfe-подкладкой.
  4. Обязательно «обнулите» или «загладите» микровес стеклянным флаконом 20 мл на весах, прежде чем начать взвешивать порошок тетрахлорауровой кислоты.
  5. В азотном перчаточном ящике используйте небольшой металлический шпатель для нанесения порошка тетрахлорауровой кислоты из контейнера в стеклянный флакон объемом 20 мл на микровесе до измеренного веса 150 мг порошка тетрахлорауровой кислоты.
  6. Снимите крышку с PTFE-футеровкой из другого невородного стеклянного флакона емкостью 20 мл (пустого, который в настоящее время не находится на микровесе).
    ВНИМАНИЕ: Олейламин токсичен и коррозионный, поэтому относитесь к нему осторожно.
  7. Используйте 5 мл небольшого стеклянного градуированного цилиндра для измерения 3,6 мл олейламина. Осторожно налейте 3,6 мл олейламина из 5 мл небольшого стеклянного градуированного цилиндра в стеклянный флакон объемом 20 мл без тетрахлорауровой кислоты.
  8. Осторожно налейте и отмерьте 3,0 мл толуола в 5 мл небольшого стеклянного градуированного цилиндра. Осторожно перелейте 3,0 мл толуола из небольшого стеклянного градуированного цилиндра объемом 5 мл в стеклянный флакон объемом 20 мл с олеиламином.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если в градуированный стеклянный цилиндр выливается слишком много толуола, избыток растворителя можно вылить в бутылку с легковоспламеняющимися отходами. Лучше всего использовать небольшой градуированный стеклянный цилиндр объемом 5 мл для измерения олеиламина и толуола. Будьте осторожны, чтобы не пролить олеиламин, так как он коррозионный и токсичный.
  9. Вкрутите крышку с PTFE обратно на стеклянный флакон 20 мл с олеиламином и толуолом внутри. Встряхните и закрутите флакон с закрытым стаканом, чтобы смешать раствор олеиламина и толуола вместе.
  10. Откройте стеклянный флакон с раствором 20 мл. Осторожно налейте ~150 мг порошка тетрахлорауровой кислоты в стеклянный флакон с раствором олейламина и толуола.
  11. Привинтите крышки с PTFE обратно на стеклянные флаконы. Встряхните и закрутите закрытый стеклянный флакон с тетрахлорауровой кислотой, олеиламином и толуолом, чтобы смешать раствор вместе. Продолжайте встряхивать раствор и убедитесь, что он тщательно перемешан.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Раствор для инъекций тетрахлорауровой кислоты, олеиламина и толуола должен стать темно-красным или фиолетовым после встряхивания и смешивания, как показано на дополнительном рисунке 4.

8. Инъекция раствора тетрахлорауровой кислоты, олейламина и толуола в сосуд

  1. Убедитесь, что вода медленно течет в нижнюю часть трубки конденсатора и вверх по верхней части трубки конденсатора. Отрегулируйте поток воды по мере необходимости, осторожно открывая/закрывая водяной клапан.
  2. Убедитесь, что раствор олейламина и толуола в стеклянном реакционном сосуде находится в мягком кипении, а некоторое толуол и олеиламин выпаривается в трубку конденсатора. Убедитесь, что магнитная мешалка включена.
  3. Поднимите трубку конденсатора над реакционной емкостью, используя подставку с зажимами для поддержки стеклянной посуды. Убедитесь, что имеется достаточно места и клиренса для введения раствора тетрахлорауровой кислоты, олеиламина и толуола в реакционный сосуд.
  4. Снимите длинную градуированную стеклянную пипетку с алюминиевой фольги (которая защищала пипетку, чтобы сохранить ее в чистоте) и прикрепите резиновую колбу с клапанами к пипетке. Обеспечьте знакомство с управлением резиновой колбой с клапанами, чтобы всасывать и выплескивать раствор с помощью длинной градуированной стеклянной пипетки перед ее использованием.
  5. Встряхните закрытый флакон с невоточным стеклянным флаконом емкостью 20 мл с крышкой из PTFE с раствором для инъекций тетрахлорауровой кислоты, олеиламина и толуола и убедитесь, что он хорошо перемешан. Откройте стеклянный флакон 20 мл раствором для инъекций, сняв колпачок.
  6. Нажмите на верхний клапан, сжимая резиновую колбу, чтобы сдуть резиновую колбу. Осторожно поместите наконечник длинной градуированной стеклянной пипетки в стеклянный флакон емкостью 20 мл с раствором для инъекций тетрахлорауровой кислоты, олеиламина и толуола.
  7. Осторожно нажмите нижний клапан на резиновую колбу, соединенную с длинной градуированной стеклянной пипеткой, чтобы медленно втянуть весь раствор тетрахлорауровой кислоты, олеиламина и толуола в стеклянную пипетку.
    ПРИМЕЧАНИЕ: На дополнительном рисунке 5 показан раствор для инъекций, втягивающийся в длинную градуированную стеклянную пипетку с резиновой колбой с клапанами непосредственно перед введением раствора в реакционный сосуд. Может быть полезно попрактиковаться в работе длинной градуированной стеклянной пипетки с колбой с клапанами (например, с некоторым количеством толуола), прежде чем фактически вытягивать и вводить раствор тетрахлорауровой кислоты, олеиламин и толуол.
  8. Осторожно поместите кончик стеклянной пипетки в отверстие реакционного сосуда и быстро вводят тетрахлорауровую кислоту, олеиламин и раствор толуола для инъекций в кипящий раствор олеиламина и толуола в реакционном сосуде.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Цвет раствора должен первоначально измениться с красного на желтый на белый в течение примерно минуты, так как наночастицы золота начинают зародышаться и расти.
  9. Используйте зажим на подставке, чтобы опустить трубку конденсатора обратно в реакционный сосуд.
  10. Нагревать раствор химической реакции наночастиц золота при мягком кипячении в течение 2 часов.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Пары толуола из кипящего раствора должны конденсироваться в трубке и капать обратно в реакционный сосуд. В течение нескольких минут цвет реакционной смеси должен измениться с белого на желтый на светло-розовый, а затем на красный, когда наночастицы золота становятся больше. В течение 1-2 часов цвет реакционной смеси должен постепенно меняться со светло-красного на темно-красный/фиолетовый.
  11. Через 2 часа нагрева реакционного раствора выключите нагреватель.
    ПРИМЕЧАНИЕ: На этом этапе раствору можно либо дать естественным образом остыть до комнатной температуры, либо раствор можно немедленно затухнуть, добавив в раствор ~100 мл метанола. Наиболее известная практика на данный момент заключается в том, чтобы позволить раствору остыть естественным образом, а не закалять раствор сразу.
  12. Дайте раствору естественным образом остыть до комнатной температуры в течение 1 часа (рекомендуется); или закалять раствор наночастиц золота сразу же 100 мл метанола (не рекомендуется).

9. Закалка реакции метанолом после охлаждения раствора наночастиц золота

  1. Убедитесь, что нагреватель выключен, а раствор остыл.
  2. Прекратите протекание воды через трубку конденсатора. Осторожно извлеките шланг для слива воды из раковины/слива в соседнем вытяжном вытяжке и подключите его к вакуум-порту в вытяжном вытяжке.
  3. Потяните вакуум на дренажный шланг, чтобы отсосать воду в трубке конденсатора и дренажном шланге. Осторожно снимите конденсаторную трубку с подставки с помощью зажима и уложите ее горизонтально в азотный бардачок.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Вакуум, который натягивается на стеклянную трубку конденсатора, должен испарять воду внутри трубки конденсатора.
  4. В азотный бардачок налейте ~35 мл метанола в каждую из 50 мл конических центрифужных трубок (количество 12).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Метанол будет использоваться для удаления непрореагиированных реагентов и побочных продуктов из процесса синтеза, чтобы очистить и промыть наночастицы золота. Трубки центрифуги 50 мл должны находиться в вертикальном положении в стойках пробирок.
  5. Залейте раствор наночастиц золота в равных объемах (~12 мл) в каждую из 50 мл центрифужных пробирок (количество 12) метанолом. Будьте осторожны, чтобы случайно не вылить магнитный перемешивающий стержень при заливке раствора наночастиц золота в каждую трубку центрифуги.
    ПРИМЕЧАНИЕ: На дополнительном рисунке 6 показано ~ 12 мл раствора наночастиц золота, заливаемого в каждую из конических центрифужных трубок с метанолом по 50 мл. После наливания ~12 мл раствора наночастиц золота в каждую из 50 мл конических центрифужных пробирок с ~35 мл метанола, каждая трубка центрифуги должна иметь ~47 мл раствора (немного ниже отметки 50 мл).
  6. Равномерно распределите оставшийся раствор наночастиц золота между трубками центрифуги.
  7. Прикрутите колпачки к трубкам центрифуги 50 мл, чтобы закрыть их и затянуть колпачки.
  8. Отсоедините впускной и выходной шланги от стеклянной конденсаторной трубки, соедините впускной и выходной шланги вместе, подавая один в другой, а затем оберните соединение труб лабораторной пленкой, чтобы запечатать соединение. Выключите вакуум, который натягивается на шланги.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Трубки соединены и герметизированы, чтобы предотвратить случайное попадание воды или водяного пара в азотный бардачок.
  9. Извлеките конические центрифужные трубки 50 мл с раствором наночастиц золота и метанолом из азотного перчаточного ящика через загрузочный замок. Также извлеките бутылку метанола и бутылку с толуолом из азотного перчаточного ящика. Поместите их в соседний вытяжной капюшон.
  10. Также снимите стеклянный реакционный сосуд, магнитный перемешиватель, стеклянную конденсаторную трубку, длинную стеклянную градуированную пипетку и резиновую колбу с клапанами из азотного перчаточного ящика через загрузочный замок. Поместите их в соседний вытяжной капюшон.
  11. Наклейте верхнюю часть каждой 50 мл центрифужной трубки на колпачках с номером образца (например, 1, 2, 3, 4, ...), чтобы отслеживать различные образцы.
    ПРИМЕЧАНИЕ: После удаления раствора наночастиц золота и стеклянной посуды/расходных материалов азотный перчаточный ящик следует продолжать вентилировать в течение нескольких часов или в течение ночи путем вливания свежего азота в перчаточный ящик, вытягивая небольшой вакуум для смыва и вентиляции паров толуола/олеиламина. Вакуумная вытяжная линия должна быть вентилируема в вытяжной капот. Азотный перчаточный ящик также должен быть регенерирован с помощью газообразной регенерации для удаления влаги / растворителей из системы фильтрации. Некоторые азотные перчаточные ящики могут также поставляться с ловушкой растворителя, которая помогает удалять пары растворителя.

10. Промывка и очистка наночастиц золота толуолом и метанолом

ПРИМЕЧАНИЕ: Каждая 50 мл центрифужная трубка с наночастицами золота будет промыта и очищена 10 мл толуола и 40 мл метанола 3 раза, очищая наночастицы золота партиями по 6 центрифужных трубок за раз. Центрифужные трубки должны иметь равное количество раствора наночастиц золота и должны быть одинаково взвешенными и сбалансированными.

  1. Поместите в центрифугу 6 из 50 мл центрифужных трубок с раствором наночастиц золота.
  2. Закройте крышку центрифуги и введите следующие настройки для вращения наночастиц золота:
    Об/мин: 2328
    РПФ: 1000
    Время: 5 минут
  3. Начните вращать 6 из 12 конических центрифужных трубок с раствором наночастиц золота и метанолом в центрифуге.
  4. После того, как первые 6 центрифужных трубок с наночастицами золота закончены прядение, аккуратно извлеките трубки из центрифуги. Будьте осторожны, чтобы не потревожить гранулы наночастиц золота при размещении трубок центрифуги в трубчатых стойках.
    ПРИМЕЧАНИЕ: На дополнительном рисунке 7 показано, как раствор наночастиц золота должен выглядеть в конических центрифужных трубках 50 мл после центрифугирования. Центробежная сила будет тянуть вниз наночастицы золота в растворе и отделять их от метанола и толуола. Наночастицы золота будут выпадать в осадок в гранулы на дне каждой трубки центрифуги. Раствор супернатанта метанола/толуола будет казаться прозрачным/прозрачным над гранулами наночастиц темного золота, что указывает на то, что центрифугирование привело к осаждению наночастиц золота из раствора.
  5. Поместите последние 6 из 12 конических центрифужных трубок с раствором наночастиц золота и метанолом в центрифугу. Закройте крышку центрифуги и введите те же настройки центрифуги, что и раньше. Начните вращать трубки в центрифуге.
  6. После того, как последние 6 трубок центрифуги будут вращаться, аккуратно извлеките трубки из центрифуги. Будьте осторожны, чтобы не потревожить гранулы наночастиц золота при размещении трубок центрифуги в трубчатых стойках.
  7. Осторожно перенесите все трубки центрифуги с наночастицами золота к вытяжке и постарайтесь не беспокоить и не перемешивать их во время транспортировки.
  8. Медленно и осторожно высыпьте отходы метанола в легковоспламеняющийся сосуд для отходов / бикер. Будьте осторожны, чтобы не потревожить и не вылить или не потерять гранулы наночастиц черного золота на дне трубок центрифуги.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Первый цикл промывки метанола завершен.
  9. Начните второй цикл промывки метанола, налив ~ 10 мл свежего толуола в каждую из конических центрифужных трубок с черными гранулами наночастиц в вытяжном вытяжке. Завинтите колпачки обратно, чтобы закрыть трубки центрифуги 50 мл.
  10. Вихрь каждой из 50 мл центрифужных трубок до тех пор, пока черная жидкость / осадок / наночастицы золота не будут повторно суспендированы и диспергированы в растворе толуола 10 мл, и раствор не будет выглядеть мутным / темным. Проверьте дно каждой трубки центрифуги, чтобы убедиться, что большая часть черного остатка (наночастицы золота) была повторно суспендирована в раствор.
    ПРИМЕЧАНИЕ: На дополнительном рисунке 8 показаны центрифужные трубки с раствором наночастиц золота и толуолом, которые вихряются и повторно суспендируются. Вихрь намного лучше и мягче на наночастицах золота, чем ультразвук на наночастицах золота. Не обжигайте наночастицы золота ультразвуком, так как ультразвук может удалить лиганды олеиламина из наночастиц золота и вызвать агрегацию и осаждение наночастиц золота.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Дополнительный рисунок 9 показывает, как должен выглядеть раствор наночастиц золота, когда наночастицы золота повторно суспендируются в раствор путем вихря каждой гранулы наночастиц золота ~ 10 мл толуола.
  11. Налейте ~ 40 мл свежего метанола в каждую из конических центрифужных трубок с толуолом и наночастицами, так что с 10 мл толуола, которое уже находится в каждой центрифужной трубке, в общей сложности ~ 50 мл раствора в каждой 50 мл центрифужной трубки. Прикрутите колпачки обратно к трубкам центрифуги 50 мл, чтобы закрыть трубки и убедиться, что колпачки плотно натянуты.
  12. Поместите трубки центрифуги в центрифугу. Вращайте трубки центрифуги в центрифуге, чтобы собрать наночастицы золота в гранулу в нижней части каждой трубки, 6 центрифужных трубок одновременно. Используйте те же настройки центрифуги, что и раньше (RCF 1000, 5 минут).
  13. После того, как центрифуга остановится, аккуратно выньте трубки с наночастицами, а затем осторожно отведите их к вытяжной вытяжке (старайтесь не беспокоить и не перемешивать их во время транспортировки). Осторожно вылейте отходы толуол и метанол в легковоспламеняющийся сосуд для отходов / мукер.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Второй цикл промывки метанола завершен.
  14. Для третьего и последнего цикла промывки следуйте тому же процессу, что и раньше, для вихря в 10 мл толуола, очистки в 40 мл метанола, центрифугирования и тщательного выливания растворителя толуола / метанола. Убедитесь, что наночастицы золота в каждой из 50 мл центрифужных трубок повторно суспендируются толуолом и промывают метанолом 3 раза.

11. Сушка наночастиц золота

ПРИМЕЧАНИЕ: После того, как наночастицы золота в трубках центрифуги объемом 50 мл были промыты 3 отдельных раза, а толуол и метанол были вылиты в последний раз, наночастицы золота необходимо высушить, чтобы испарить оставшийся растворитель. Существует два способа сушки наночастиц золота и испарения растворителя:

  1. Вариант 1 - Азотная пушка (не рекомендуется):
    1. Используйте азотную пушку или клапан в вытяжном капюшоне, чтобы осторожно высушить трубки центрифуги, содержащие черные гранулы наночастиц золота в нижней части трубок.
    2. Позаботьтесь о том, чтобы не использовать слишком большое давление азота, иначе хрупкие гранулы наночастиц золота могут быть смещены.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Сушка наночастиц золота с помощью азотной пушки не идеальна, потому что это может привести к повреждению / потере гранул наночастиц золота.
  2. Вариант 2 - Вакуумная сушка (рекомендуется):
    1. Ослабьте колпачки на 50 мл центрифужных трубок гранулами наночастиц золота, чтобы трубки все еще были покрыты, но растворитель мог испаряться и выходить изнутри трубок.
    2. Поместите стойку трубок с наночастицами золота внутрь вакуумного замка нагрузки азотного перчаточного ящика. Закройте и запечатайте дверцу внешнего грузового замка и откройте клапан вакуумного насоса, чтобы начать вытягивать вакуум на грузовой замок.
    3. Откачайте примерно до половины манометрического давления (~-15 inHg), чтобы испарить растворитель и высушить наночастицы.
    4. Оставьте наночастицы золота в замке нагрузки при умеренном вакуумном давлении (полуметр, ~-15 inHg) в течение ~5 минут. Не накачивайте до более низкого давления и не оставляйте в вакууме слишком долго, иначе лиганды олеиламина могут отсоединиться.
    5. После того, как наночастицы золота находились под вакуумом в течение нескольких минут, чтобы высушить наночастицы золота и испарить оставшийся растворитель, продувляйте блокировку нагрузки азотом до тех пор, пока блокировка нагрузки не достигнет атмосферного давления.
    6. Снимите трубки центрифуги емкостью 50 мл с наночастицами золота из замка нагрузки и проверьте сухость гранул наночастиц золота в вытяжном шкафу.
      ПРИМЕЧАНИЕ: На дополнительном рисунке 10 показано, как гранула высушенных наночастиц золота на дне конической центрифужной трубки емкостью 50 мл должна выглядеть после вакуумной сушки. Если внутри конической центрифужной трубки объемом 50 мл все еще есть растворитель, наночастицы золота необходимо высушить дальше, чтобы испарить оставшийся растворитель. Вакуумная сушка является предпочтительным методом сушки, поскольку она с меньшей вероятностью повредит или потеряет гранулу наночастиц золота по сравнению с более агрессивными методами, такими как сушка азотной пушки. Если вакуумный замок нагрузки недоступен или если это предпочтительно, наночастицы золота также могут быть высушены в вакуумном осушителях.
  3. После того, как гранулы наночастиц золота высохнут, плотно прикрутите колпачки обратно к трубкам центрифуги.
  4. Оберните лабораторную пленку вокруг плотно закрытых колпачков, чтобы запечатать трубки центрифуги гранулами наночастиц золота внутри.
  5. Маркировка 50 мл центрифужных трубок гранулами осадок наночастиц золота с соответствующей описательной этикеткой, такой как «Сушеный Au NP» и датой (например, 9-28-2020).
  6. Поместите герметичные центрифужные трубки с гранулами высушенных наночастиц золота в холодильник с температурой 2 °C - 8 °C. Используйте лоток или стойки для конических центрифуг размером 50 мл, чтобы держать трубки в вертикальном положении.
    ПРИМЕЧАНИЕ: На дополнительном рисунке 11 показаны трубки центрифуги, закрытые, обернутые лабораторной пленкой, маркированные и хранящиеся в холодильнике с 2 °C - 8 °C. Каждая центрифужная трубка может храниться в холодильнике до тех пор, пока она не будет использована для изготовления раствора из повторно суспендированных наночастиц золота.

12. Очистите химическую реакционную стеклянную посуду (после синтеза наночастиц золота)

ВНИМАНИЕ: Золотой травяной травитель TFA и aqua regia являются коррозионными. Носите необходимые средства индивидуальной защиты (СИЗ), такие как химические перчатки, химический халат, очки и лицевой щиток. Обрабатывайте коррозионный раствор только в кислотно-влажной скамье, надевая необходимые СИЗ.

  1. В вытяжном капюшоне очистите стеклянный реакционный сосуд ацетоном и покрутите ацетон вокруг стеклянного реакционного сосуда, чтобы смыть остаточный раствор наночастиц золота, затем сбросьте грязный ацетон в грязный стакан для сбора растворителей и выбросьте грязный растворитель в легковоспламеняющийся контейнер для отходов.
  2. В кислотно-влажную скамью поместите стеклянный реакционный сосуд с конденсаторной трубкой, прикрепленной к нему, в стакан емкостью 600 мл для поддержки и упирайтесь боковой частью трубки конденсатора в боковину кислотной мокрой скамьи для дальнейшей поддержки.
  3. Очистите химическую реакционную стеклянную посуду (конденсаторную трубку, реакционный сосуд, стеклянную пипетку) и магнитный перемешивание, налив в конденсаторную трубку и стеклянную посуду из золота с травлением ~300 мл (который был сохранен ранее и отложен для повторного использования), который был смешан 1:1 с водой DI. Поместите магнитный перемешиватель и длинную стеклянную градуированную пипетку в трубку конденсатора. Наполните трубку конденсатора водой DI по мере необходимости, чтобы дополнить ее, и дайте золотой травяной ванне TFA посидеть и очистить стеклянную посуду в течение 30 минут.
  4. Через 30 минут растрескайте уплотнение между трубкой конденсатора и реакционным сосудом, чтобы собрать весь раствор травильного золота в реакционный сосуд, и налейте использованный раствор травильного травля золота в 400 мл. Налейте раствор золотого травителя в бутылку с химическими отходами для используемого раствора золотого травило.
  5. Еще в кислотной влажной скамье промыть химическую реакционную посуду и магнитный перемешивание 3-4 раза водой DI, чтобы смыть оставшийся раствор травления золота, а затем дайте химической реакционной посуде и магнитному перемешивателю посидеть на водяной бане DI в течение дополнительных 30 минут.
  6. После 30 минут сидения на водяной бане DI, опустошите воду и используйте водяной пистолет DI, чтобы смыть воду в кислотный влажный слив скамейки. Смойте ацетоном, а затем выдуйте стеклянную посуду насухо азотным пистолетом.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

На фиг.1 показано, как раствор химической реакционной смеси для синтеза наночастиц золота (тетрахлорауровая кислота, олеиламин и толуол) должен постепенно менять цвет в течение нескольких минут, когда он первоначально кипит в реакционный сосуд; от ясного, до светло-желтого (левое изображение), до светло-розового (центральное изображение), до светло-красного (правое изображение). Изменение цвета раствора является показателем изменения размера наночастиц золота, поскольку они начинают зародышаться и увеличиваться с течением времени. В целом, раствор наночастиц золота должен стать темнее и более красным / фиолетовым с течением времени, поскольку наночастицы золота зародышаются и растут. На фиг.2 показан окончательный темно-красный/фиолетовый цвет раствора химической реакционной смеси синтеза наночастиц золота после 2 часов кипячения. Темно-красный/фиолетовый цвет раствора наночастиц золота характерен для концентрированного раствора наночастиц золота диаметром ~12 нм. На рисунке 3 показано изображение монослоя наночастиц золота (после нанесения на кремниевую подложку), который используется для характеристики размера и монодисперсности наночастиц золота. Все наночастицы золота должны иметь примерно одинаковый размер/диаметр, если они сильно монодисперсны. Если наночастицы золота полидисперсные, они будут иметь большие различия в их размере / диаметре. Для большинства применений монодисперсность обычно предпочтительнее, чем полидисперсность. На рисунке 4 показано изображение наночастиц золота в сканирующий электронный микроскоп (SEM) и их диаметр, который указывает на диаметр ~ 12 нм ± 2 нм для наночастиц золота. Эти наночастицы золота кажутся довольно монодисперсными.

Тип решения Номер товара Количество и тип химического вещества Комментарии/Описание
инъекция 1 150 мг тетрахлорауровой кислоты (HAuCl4)(0,15 ммоль) для впрыскивания в реакционный сосуд
2 3,0 г (3,7 ммоль, 3,6 мл) олеиламина
3 3,0 мл толуола
кипение 1 5,1 г (6,4 ммоль, 8,7 мл) олейламина для кипячения в реакционной емкости
2 147 мл толуола
Стирка/Очистка 1 10 мл толуола (x3 промывок) (x12 трубок) = 360 мл толуола для промывки/очистки наночастиц золота
2 40 мл метанола (x3 промывок) (x12 трубок) = 1,44 л метанола
Золотой этчант 1 150 мл золота травленого TFA [или акварегии] для очистки химической реакционной посуды/расходных материалов
2 150 мл деионизированной (DI) воды

Таблица 1: Химические количества В этой таблице показано количество и тип химических веществ, необходимых для приготовления раствора для инъекций, кипящего раствора, раствора для промывки / очистки и раствора травления золота.

Дополнительный рисунок 1: Очистка стеклянной посуды химической реакции раствором Gold Etchant TFA. На этом рисунке показана химическая реакционная стеклянная посуда (конденсаторная трубка, реакционный сосуд, стеклянная пипетка) и магнитный перемешивитель, очищаемые смесью ~300 мл из ~ 150 мл раствора золотого травильного травильного вещества TFA и ~ 150 мл воды DI (смесь 1: 1) в конденсаторной трубке и стеклянной посуде реакционного сосуда. Магнитный перемешиватель и длинная стеклянная градуированная пипетка помещаются в трубку конденсатора, а ванну TFA с золотым травлением оставляют сидеть и чистить стеклянную посуду в течение 30 минут в кислотной влажной скамье. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный рисунок 2: Чистая стеклянная посуда и расходные материалы перед переносом в азотный перчаточный ящик. На этом рисунке показана стеклянная посуда и расходные материалы после очистки и сушки. Стеклянная посуда и расходные материалы обернуты / покрыты алюминиевой фольгой, чтобы защитить их от грязи / мусора, прежде чем они будут перенесены в азотный бардачок. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный рисунок 3: Экспериментальная установка синтеза наночастиц золота в азотном перчаточном ящике. На этом рисунке показана экспериментальная установка синтеза наночастиц золота в азотном перчаточном ящике. Стеклянный реакционный сосуд опирается поверх стеклопластикового сетчатого сосуда поверх нагревателя/мешалки, а трубка конденсатора соединена поверх стеклянного реакционного сосуда. Трубка конденсатора механически поддерживается подставкой с зажимом. Есть два шланга, соединенных с входным и выходным отверстиями для воды трубки конденсатора (с впускным отверстием в нижней части трубки и выпускным отверстием в верхней части трубки), так что вода течет из нижней части трубки конденсатора в верхнюю часть трубки конденсатора, охлаждая трубку и конденсируя пар внутри. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный рисунок 4: Смешивание тетрахлорауровой кислоты, олейламина и раствора толуола перед инъекцией. На этом рисунке показан раствор тетрахлорауровой кислоты, олеиламин и толуол для инъекций после смешивания в невозместном стеклянном флаконе 20 мл с крышкой, выложенной ptfe. Раствор для инъекций должен выглядеть темно-красным или фиолетовым после встряхивания и перемешивания. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный рисунок 5: Подготовка к введению раствора в реакционный сосуд с использованием стеклянной пипетки. На этом рисунке показано, как раствор для инъекций тетрахлороауровой кислоты, олеиламина и толуола втягиваются в длинную градуированную стеклянную пипетку с резиновой колбой с клапанами непосредственно перед быстрым введением раствора одним быстрым брызгом в кипящий раствор олейламина и толуола в стеклянном реакционном сосуде. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный рисунок 6: Заливка ~ 12 мл раствора наночастиц золота в каждую 50 мл конической центрифужной трубки. На этом рисунке показано ~ 12 мл раствора наночастиц золота, равномерно налитого в каждую из 50 мл конических центрифужных трубок с ~ 35 мл метанола в каждой трубке. Метанол используется для удаления непрореагиированных исходных материалов и побочных продуктов, чтобы очистить и промыть наночастицы золота. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный рисунок 7: 50 мл центрифужных трубок после центрифугирования, с гранулами наночастиц золота на дне. На этом рисунке показано, как раствор наночастиц золота должен появляться в конических центрифужных трубках емкостью 50 мл после центрифугирования, при этом наночастицы золота собираются в гранулы наночастиц темного золота в нижней части каждой трубки центрифуги. Над гранулами наночастиц темного золота раствор метанола/толуола, по-видимому, является прозрачным/прозрачным, что указывает на то, что центрифугирование высветило наночастицы золота из раствора. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный рисунок 8: Вихревые 50 мл центрифужных трубок с Au NPs после заполнения ~10 мл толуола. На этом рисунке показаны центрифужные трубки с раствором наночастиц золота и толуолом, которые вихряются и повторно суспендируются. Вихрь намного лучше и мягче на наночастицах золота, чем ультразвук на наночастицах золота. Наночастицы золота не следует обрезать ультразвуком, так как ультразвук может удалить лиганды олейламина из наночастиц золота и вызвать агрегацию и осаждение наночастиц золота. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный рисунок 9: Вихрь до тех пор, пока гранулы/остатки наночастиц золота не будут почти полностью повторно суспендированы. На этом рисунке показано, как должен выглядеть раствор наночастиц золота, когда наночастицы золота повторно суспендируются в раствор путем вихря каждой гранулы наночастиц золота ~ 10 мл толуола. Трубки центрифуги объемом 50 мл должны быть вихревыми до тех пор, пока черная жидкость / осадок / наночастицы золота не будут повторно суспендированы и диспергированы в толуоле, и раствор не будет выглядеть мутным / темным. Нижняя часть трубки центрифуги должна быть проверена, чтобы убедиться, что практически весь или большая часть остатка черных наночастиц была повторно суспендирована в раствор. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный рисунок 10: Гранула наночастиц высушенного золота в конической центрифужной трубке емкостью 50 мл. На этом рисунке показано, как должна выглядеть гранула высушенных наночастиц золота на дне конической центрифужной трубки 50 мл после вакуумной сушки. После того, как наночастицы золота в 50 мл центрифужной трубки были промыты 3 отдельных раза, а толуол и метанол были вылиты в последний раз, наночастицы золота необходимо высушить, чтобы испарить оставшийся растворитель. Вакуумная сушка является предпочтительным методом сушки, поскольку она с меньшей вероятностью повредит или потеряет гранулу наночастиц золота по сравнению с более агрессивными методами, такими как сушка азотной пушки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный рисунок 11: Колпачковые трубки, упаковка с лабораторной пленкой, этикеточные трубки и хранение в холодильнике с 2 °C - 8 °C. На этом рисунке показаны трубки центрифуги, закрытые, обернутые лабораторной пленкой, маркированные и хранящиеся в холодильнике с 2 °C - 8 °C. 50 мл центрифужные трубки с гранулами осадок наночастиц золота должны быть маркированы соответствующим образом описательной этикеткой, такой как название, номер образца и дата. Лоток или конические стойки для центрифуг размером 50 мл можно использовать для удержания трубок в вертикальном положении в холодильнике. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Figure 1
Рисунок 1:Раствор наночастиц золота меняет цвет в течение нескольких минут после инъекции. На этом рисунке показано, как раствор химической реакционной смеси для синтеза наночастиц золота (тетрахлорауровая кислота, олеиламин и толуол) должен постепенно менять цвет в течение нескольких минут, когда он первоначально кипит в реакционном сосуде; от ясного, до светло-желтого (левое изображение), до светло-розового (центральное изображение), до светло-красного (правое изображение). Изменение цвета раствора является показателем изменения размера наночастиц золота, поскольку они начинают зародышаться и увеличиваться с течением времени. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 2
Рисунок 2:Раствор наночастиц золота темно-красный / фиолетовый после 2 часов кипячения. На этом рисунке показан окончательный темно-красный/фиолетовый цвет раствора химической реакционной смеси синтеза наночастиц золота после 2 часов кипения в реакционной емкости. Темно-красный/фиолетовый цвет раствора наночастиц золота характерен для концентрированного раствора наночастиц золота диаметром ~12 нм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 3
Рисунок 3:Сканирующий электронный микроскоп (SEM) Изображение монослоя наночастиц золота. На этом рисунке показано изображение монослоя наночастиц золота (после нанесения на кремниевую подложку), который используется для характеристики размера и монодисперсности наночастиц золота. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 4
Рисунок 4:Изображение сканирующего электронного микроскопа (SEM) с измерениями диаметра наночастиц золота. На этом рисунке показано изображение наночастиц золота в сканирующий электронный микроскоп (SEM) и их диаметр, который указывает на диаметр ~ 12 нм +/- 2 нм для наночастиц золота. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Выполняя протокол синтеза наночастиц золота, как представлено выше, следует получить наночастицы золота диаметром ~ 12 нм и довольно высокой монодисперсностью (± 2 нм). Тем не менее, существуют некоторые критические этапы и параметры процесса, которые могут быть скорректированы для потенциального изменения размера / диаметра и монодисперсности / полидисперсности наночастиц золота. Например, после введения раствора предшественника в реакционный сосуд и разрешения раствору тетрахлорауровой кислоты, олеиламина и толуола кипеть в течение двух часов, есть возможность либо сделать немедленное закалку реакционного раствора, либо сделать замедленную закалку и естественное охлаждение. Если требуется немедленная закалка, сразу после завершения 2-часовой этапа нагреваемой реакции в реакционный сосуд добавляют 100 мл метанола для осаждения продукта наночастиц золота. Немедленное закалка может обеспечить лучшие дисперсионные соотношения, поскольку зародышевание происходит примерно в одно и то же время для всех наночастиц в насыщенном растворе; в то время как чем дольше раствор остается неугастенным, тем больше, но более рандомизированным становится размер наночастиц. Если вместо этого желательна задержка закалки и естественное охлаждение, то после завершения 2-часовой реакционной ступени нагрева раствору дают естественным образом остыть до комнатной температуры в течение 1 часа. Альтернативно, раствор можно оставить остывать еще дольше, до следующего дня (например, подождать ночью), прежде чем добавить 100 мл метанола для осаждения продукта наночастиц золота. Исследователи могут захотеть поэкспериментировать как с немедленным закалкой, так и с задержкой закалки, а также с задержкой закалки на 1 час по сравнению с задержкой закалки на ночь, чтобы определить, какой метод дает наилучшие результаты для получения больших и высокомонодисперсных наночастиц золота. Задержка закалки на один час - это процедура, которая в настоящее время рекомендуется для получения наночастиц золота, которые являются высокомонодисперсными, но еще не определено, какая процедура дает превосходные результаты, поэтому некоторые дальнейшие экспериментальные исследования могут быть полезными.

Другим важным этапом в протоколе, который влияет на монодисперсность наночастиц золота, является быстрая инъекция предшественника, чтобы позволить насыщенному раствору сформировать как можно больше ядер в течение очень короткого промежутка времени. Вскоре после инъекции предшественника образуется мало новых ядер, и атомы золота должны присоединяться только к существующим ядрам. Что необходимо для высокой монодисперсности, так это длительный, последовательный период роста относительно периода нуклеации. Высокое соотношение роста к времени нуклеации должно принести пользу монодисперсности. В связи с этим введение раствора предшественника очень быстро важно для высокой монодисперсности, и ожидание гашения реакции (замедленное закалка) также может быть полезным для увеличения монодисперсности. Однако конкурирующий механизм созревания Оствальда13 является движущим фактором полидисперсности. Поверхностная энергия атомов золота на поверхности мелких наночастиц выше, чем поверхностная энергия атомов золота на поверхности крупных наночастиц. Созревание Оствальда является термодинамической движущей силой для сжатия мелких наночастиц и роста крупных14. Это явление, которое может произойти со временем в решении.

Другой переменной, которую следует учитывать, является стабильность слоя олеиламин-лиганда на наночастицах золота и то, насколько хорошо пассивированы поверхности наночастиц золота лигандами олеиламина. Хотя нет индикатора прогрессирования пассивации поверхности в разных точках реакции синтеза наночастиц золота, можно представить, как поверхностная пассивацию должна развиваться с течением времени. В начале реакции нет наночастиц золота, и олеиламин фактически действует как восстановителя, чтобы освободить золото от его хлорных связей. В конце реакции поверхности наночастиц золота должны быть полностью пассивированы. В идеале, реакции следует позволить продолжаться достаточно долго, чтобы позволить поверхностям наночастиц золота стать полностью пассивированными, но не так долго, чтобы созревание Оствальда начало делать наночастицы золота полидисперсными, а не монодисперсными.

В целом, при выполнении гашения реакции следует учитывать соотношение времени роста и нуклеации, сводящее к минимуму время созревания Оствальда и обеспечивающее достаточное время для поверхностной пассивации. До сих пор не доказано, дает ли замедленная закалка или мгновенная закалка превосходные результаты (т.е. большие, высоко пассивированные и высокомонодисперсные наночастицы золота). Однако слегка замедленная закалка (например, позволяющая раствору остыть до комнатной температуры в течение 1 часа после кипячения) может привести к получению высокомонодисперсных наночастиц золота, поэтому некоторая конечная задержка перед закалке реакции приемлема. Чтобы обеспечить большую ясность в отношении того, является ли немедленная закалка или замедленная закалка лучше для получения больших и высокомонодисперсных наночастиц золота, полезным экспериментом или модификацией для устранения неполадок метода было бы разделение раствора синтеза наночастиц золота на две разные партии после кипячения и выполнение немедленного послереакционного закалки параллельно с задержкой закалки. Результат этого эксперимента/модификации может определить, является ли временное окно нуклеации настолько коротким, что дополнительное время (либо через час, либо одна ночь/день) для охлаждения не нужно для роста, а некоторая комбинация созревания Оствальда и поверхностной пассивации фактически уменьшает монодисперсность (или увеличивает полидисперсность) наночастиц золота во время охлаждения/задержки перед закалкиванием.

Последнее соображение для этого метода синтеза наночастиц золота заключается в том, как наночастицы золота хранятся и используются. После процесса синтеза и очистки наночастицы золота осторожно сушат, либо с помощью азотной пушки, либо под вакуумом. Настоятельно рекомендуется, чтобы наночастицы золота сушились в вакуумной среде, а не с использованием азотной пушки, так как азотная пушка может выбить черную гранулу наночастиц золота и привести к ее потере / загрязнению / повреждению. Сушка наночастиц золота в вакуумной среде намного мягче и предотвращает смещение или потерю гранулы наночастиц золота. После сушки наночастицы золота затем хранят в чистой и сухой среде (например, в лабораторных закрытых пленкой конических центрифужных трубках) в холодильнике с 2 °C - 8 °C до тех пор, пока они не будут готовы к использованию. Эта чистая, сухая и прохладная среда должна дать наночастицам золота более длительный срок хранения примерно на один год с минимальной деградацией. Чтобы использовать наночастицы золота, они могут быть повторно суспендированы в растворы органических растворителей, таких как толуол, путем вихрения наночастиц золота в присутствии органического растворителя. Размер и концентрация наночастиц золота в растворе толуола затем могут быть проверены с использованием характеристики15 спектров UV-vis и разбавлены толуолом, если это необходимо, до тех пор, пока не будет достигнута желаемая концентрация наночастиц золота. Одним из ограничений является то, что концентрацию необходимо будет проанализировать для каждого раствора.

Представленный здесь протокол синтеза наночастиц золота предназначен для обеспечения синтеза наночастиц золота экспертами, не являющихся химиками. Значение этого протокола по отношению к существующим методам заключается в том, что он предоставляет возможность контролировать количество наночастиц, которые производятся, размер наночастиц, монодисперсность наночастиц и лиганды, которые инкапсулируют наночастицы золота. Наночастицы золота, которые синтезируются с помощью этого процесса, были использованы для создания наноэлектронных устройств для экспериментов с молекулярной электроникой, таких как 2D-массивы молекул-наночастиц16. В этом примере массивы 2D-молекул-наночастиц образуются путем осаждения 200 мкл разбавленных наночастиц золота в растворе толуола в конические центрифужные трубки 15 мл, которые были частично заполнены деионизированной водой. Трубки оставались нетронутыми в течение 1 - 3 часов, чтобы позволить толуолу испариться, а наночастицам золота образовывать монослои на поверхности воды. Эти монослои наночастиц золота затем переносились на подложки, такие как кремниевые микрочипы, с использованием штампов PDMS, чтобы сформировать наноэлектронные устройства. Затем олеиламиновые лиганды на наночастицах золота обменивали с другими молекулами, чтобы изменить электронные и термоэлектрические свойства монослоев наночастиц-молекул золота17,18. Протокол синтеза наночастиц золота, представленный здесь, производит высококачественные наночастицы золота, которые могут быть полезны для многих других применений наночастиц золота в науке, промышленности и медицине.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgments

Авторы хотели бы поблагодарить Фрэнка Остерлоха за помощь в методах синтеза наночастиц. Авторы хотели бы отметить финансовую поддержку со стороны Национального научного фонда (1807555 & 203665) и Semiconductor Research Corporation (2836).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
50 mL Conical Centrifuge Tubes with Plastic Caps (Quantity: 12) Ted Pella, Inc. 12942 used for cleaning/storing gold nanoparticle solution/precipitate (it's best to use 12 tubes, to allow the gold nanoparticles from the synthesis process to last up to one year (e.g., 1 tube per month))
Acetone Sigma-Aldrich 270725-2L solvent for cleaning glassware/tubes
Acid Wet Bench N/A N/A for cleaning chemical reaction glassware/supplies with gold etchant solution (part of wet chemical lab facilities)
Aluminum Foil Reynolds B08K3S7NG1 for covering glassware after cleaning it to keep it clean
Burette Clamps Fisher Scientific 05-769-20 for holding the condenser tube and reaction vessel during the synthesis process (located in the nitrogen glove box)
Centrifuge (with 50 mL Conical Centrifuge Tube Rotor/Adapter) ELMI CM-7S for spinning the gold nanoparticles in solution and precipitating/collecting them at the bottom of the 50 mL conical centrifuge tubes
DI Water Millipore Milli-Q Direct deionized water
Fume Hood N/A N/A for cleaning laboratory glassware and supplies with solvents (part of wet chemical lab facilities)
Glass Beaker (600 mL) Ted Pella, Inc. 17327 for holding reaction vessel, condenser tube, glass pipette, and magnetic stir bar during cleaning with gold etchant and then with water
Glass Beakers (400 mL) (Quantity: 2) Ted Pella, Inc. 17309 for measuring toluene and gold etchant
Glass Graduated Cylinder (5 mL) Fisher Scientific 08-550A for measuring toluene and oleylamine for injection
Glass Graduated Pipette (10 mL) Fisher Scientific 13-690-126 used with the rubber bulb with valves to inject the gold nanoparticle precursor solution into the reaction vessel
Gold Etchant TFA Sigma-Aldrich 651818-500ML (with potassium iodide) for cleaning reaction vessel, condenser tube, magnetic stir bar, glass pipette [alternatively, use Aqua Regia]
Isopropanol Sigma-Aldrich 34863-2L solvent for cleaning glassware/tubes
Liebig Condenser Tube (~500 mm) (24/40) Fisher Scientific 07-721C condenser tube, attaches to glass reaction vessel
Magnetic Stirring Bar Fisher Scientific 14-513-51 for stirring reaction solution during the synthesis process
Methanol (≥99.9%) Sigma-Aldrich 34860-2L-R new, ≥99.9% purity (for washing gold nanoparticles after synthesis)
Microbalance (mg resolution) Accuris Instruments W3200-120 for weighing tetrachloroauric acid powder (located in the nitrogen glove box)
Micropipette (1000 µL) Fisher Scientific FBE01000 for measuring and dispensing liquid chemicals such as oleylamine and toluene (if using micropipette instead of graduated cylinder for measurement)
Micropipette Tips (1000 µL) USA Scientific 1111-2831 for measuring and dispensing liquid chemicals such as oleylamine and toluene (if using micropipette instead of graduated cylinder for measurement)
Nitrile Gloves Ted Pella, Inc. 81853 personal protective equipment (PPE), for protection, and for keeping nitrogren glove box gloves clean
Nitrogen Glove Box M. Braun LABstar pro for performing gold nanoparticle synthesis in a dry and inert environment
Non-Aqueous 20 mL Glass Vials with PTFE-Lined Caps (Quantity: 2) Fisher Scientific 03-375-25 for weighing tetrachloroauric acid powder and mixing with oleylamine and toluene to make injection solution
Oleylamine (Technical Grade, 70%) Sigma-Aldrich O7805-100G technical grade, 70%, preferably new, stored in the nitrogen glove box
Parafilm M Sealing Film (2 in. x 250 ft) Sigma-Aldrich P7543 for sealing the gold nanoparticles in the 50 mL centrifuge tubes after the synthesis process is over
Round Bottom Flask (250 mL) (24/40) Wilmad-LabGlass LG-7291-234 glass reaction vessel, attaches to condenser tube
Rubber Bulb with Valves (Rubber Bulb-Type Safety Pipet Filler) Fisher Scientific 13-681-50 used with the long graduated glass pipette to inject the gold nanoparticle precursor solution into the reaction vessel
Rubber Hoses (PVC Tubes) (Quantity: 2) Fisher Scientific 14-169-7D for connecting the condenser tube to water inlet/outlet ports
Stainless Steel Spatula Ted Pella, Inc. 13590-1 for scooping tetrachloroauric acid powder from small container
Stand (Base with Rod) Fisher Scientific 12-000-102 for holding the condenser tube and reaction vessel during the synthesis process (located in the nitrogen glove box)
Stirring Heating Mantle (250 mL) Fisher Scientific NC1089133 for holding and supporting reaction vessel sphere, while heating with magnetic stirrer rotating the magnetic stirrer bar
Tetrachloroauric(III) Acid (HAuCl4) (≥99.9%) Sigma-Aldrich 520918-1G preferably new or never opened, ≥99.9% purity, stored in fridge, then opened only in the nitrogen glove box, never exposed to air/water/humidity
Texwipes / Kimwipes / Cleanroom Wipes Texwipe TX8939 for miscellaneous cleaning and surface protection
Toluene (≥99.8%) Sigma-Aldrich 244511-2L new, anhydrous, ≥99.8% purity
Tweezers Ted Pella, Inc. 5371-7TI for poking small holes in aluminum foil, and for removing Parafilm
Vortexer Cole-Parmer EW-04750-51 for vortexing the gold nanoparticles in toluene in 50 mL conical centrifuge tubes to resuspend the gold nanoparticles into the toluene solution

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sperling, R. A., Gil, P. R., Zhang, F., Zanella, M., Parak, W. J. Biological applications of gold nanoparticles. Chemical Society Reviews. 37 (9), 1896-1908 (2008).
  2. Dreaden, E. C., Alkilany, A. M., Huang, X., Murphy, C. J., El-Sayed, M. A. The golden age: Gold nanoparticles for biomedicine. Chemical Society Reviews. 41 (7), 2740-2779 (2012).
  3. Daniel, M. -C., Astruc, D. Gold Nanoparticles: Assembly, Supramolecular Chemistry, Quantum-Size-Related Properties, and Applications toward Biology, Catalysis, and Nanotechnology. Chemical Reviews. 104 (1), 293-346 (2004).
  4. McCold, C. E., et al. Ligand exchange based molecular doping in 2D hybrid molecule-nanoparticle arrays: length determines exchange efficiency and conductance. Molecular Systems Design & Engineering. 2 (4), 440-448 (2017).
  5. Faraday, M. Experimental Relations of Gold (and other Metals) to Light. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 147, 145-181 (1857).
  6. Turkevich, J., Stevenson, P. C., Hillier, J. A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold. Discussions of the Faraday Society. 11, 55-75 (1951).
  7. Frens, G. Controlled Nucleation for the Regulation of the Particle Size in Monodisperse Gold Suspensions. Nature Physical Science. 241 (105), 20-22 (1973).
  8. Kimling, J., Maier, M., Okenve, B., Kotaidis, V., Ballot, H., Plech, A. Turkevich method for gold nanoparticle synthesis revisited. Journal of Physical Chemistry B. 110 (32), 15700-15707 (2006).
  9. Wilcoxon, J. P., Williamson, R. L., Baughman, R. Optical properties of gold colloids formed in inverse micelles. The Journal of Chemical Physics. 98 (12), 9933-9950 (1993).
  10. Brust, M., Walker, M., Bethell, D., Schiffrin, D. J., Whyman, R. Synthesis of thiol-derivatised gold nanoparticles in a two-phase liquid-liquid system. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. (7), 801-802 (1994).
  11. Zhao, P., Li, N., Astruc, D. State of the art in gold nanoparticle synthesis. Coordination Chemistry Reviews. 257 (3-4), 638-665 (2013).
  12. Hiramatsu, H., Osterloh, F. E. A Simple Large-Scale Synthesis of Nearly Monodisperse Gold and Silver Nanoparticles with Adjustable Sizes and with Exchangeable Surfactants. Chemistry of Materials. 16 (13), 2509-2511 (2004).
  13. Voorhees, P. W. The Theory of Ostwald Ripening. Journal of Statistical Physics. 38 (1-2), 231-252 (1985).
  14. Lifshitz, I. M., Slyozov, V. V. The kinetics of precipitation from supersaturated solid solutions. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 19 (1-2), 35-50 (1961).
  15. Haiss, W., Thanh, N. T. K., Aveyard, J., Fernig, D. G. Determination of Size and Concentration of Gold Nanoparticles from UV-Vis Spectra. Analytical Chemistry. 79 (11), 4215-4221 (2007).
  16. McCold, C. E., Fu, Q., Howe, J. Y., Hihath, J. Conductance based characterization of structure and hopping site density in 2D molecule-nanoparticle arrays. Nanoscale. 7 (36), 14937-14945 (2015).
  17. Hihath, S., McCold, C., March, K., Hihath, J. L. Characterization of Ligand Exchange in 2D Hybrid Molecule-nanoparticle Superlattices. Microscopy and Microanalysis. 24 (1), 1722-1723 (2018).
  18. McCold, C. E., et al. Molecular Control of Charge Carrier and Seebeck Coefficient in Hybrid Two-Dimensional Nanoparticle Superlattices. The Journal of Physical Chemistry C. 124 (1), 17-24 (2020).

Tags

Химия Выпуск 173 Синтез наночастиц золота наночастицы золота наночастицы Au химия тетрахлорауровая кислота HAuCl4,олеиламин толуол
Синтез наночастиц золота
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Marrs, J., Ghomian, T., Domulevicz,… More

Marrs, J., Ghomian, T., Domulevicz, L., McCold, C., Hihath, J. Gold Nanoparticle Synthesis. J. Vis. Exp. (173), e62176, doi:10.3791/62176 (2021).

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