يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

جيل من Zerovalent المعادن الأساسية النانوية باستخدام ن- (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol

7.1K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/53507

⸱

فبراير 11, 2016

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Chemistry, William Paterson University

في هذه المقالة

ملخص

تم وصف طريقة جديدة لتخليق الجسيمات النانوية ذات النواة المعدنية باستخدام سيلانول مستقر في الماء.

الملخص

في هذا العمل ، يتم تقديم تفاعل سهل من وعاء واحد لتكوين الجسيمات النانوية المعدنية في محلول مائي من خلال استخدام n- (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol. يمكن استخدام هذا المركب لتقليل الأملاح المعدنية المعقدة بشكل فعال إلى جزيئات نانوية معدنية مطلية بالمركب. من خلال التحكم في تركيزات الملح والسيلان ، يمكن للمرء التحكم في معدلات التفاعل وحجم الجسيمات وطلاء الجسيمات النانوية. تم تمييز تأثيرات هذه التغييرات من خلال المجهر الإلكتروني الناقل (TEM) ، وقياس الطيف UV-Vis (UV-Vis) ، والتحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR) والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR). جانب فريد من نوعه لهذا التفاعل هو أن السيلانات عادة ما تتحلل وتتقاطع في الماء. ومع ذلك ، في هذا النظام ، يكون Silane قابلا للذوبان في الماء ومستقرا. من المعروف أن شقوق السيليكون والأمينية يمكن أن تشكل مجمعات من أملاح معدنية. من المعروف أن السيليكون يوسع مجال التنسيق الخاص به لتشكيل أنواع خماسية أو سداسية التنسيق. علاوة على ذلك ، يمكن أن تخضع مجموعة السيلانول للتحلل المائي لتشكيل شبكة سيليكا Si-O-Si ، وبالتالي تحويل الجسيمات النانوية المعدنية إلى مركبات نانوية وظيفية.

المقدمة

حيث أن الطلب وتطبيقات الزيادات مصمم المواد متناهية الصغر، لذلك أساليب مختلفة من التوليف. وقد استخدمت أساليب "من أعلى إلى أسفل"، مثل الاستئصال بالليزر أو الحفر الكيميائي لإمكانية التحكم بها الممتاز والقدرة على حل المواد بشكل موثوق وصولا الى مستوى شبه ميكرون. هذه الأساليب تعتمد على المواد السائبة التي يجري تجهيزها في المكونات الدقيقة، والتي تزيد عادة تكلفة الإنتاج ويقلل من حجم البنية النانوية المطلوب. طريقة بديلة لتوليف لهذا هو نهج "أسفل إلى أعلى"، التي تسيطر على التوليف على المستوى الجزيئي ويبني على البنية النانوية المطلوب. هذا يضفي على درجة كبيرة من السيطرة على المطلوب التجميع الذاتي، وظائف، سلبية، والاستقرار في توليد هذه المواد ذات البنية النانومترية 1. من خلال العمل من المستوى الجزيئي، nanocomposites الهجينة يمكن أن تتولد توفير فوائد كل من المواد في نفس structuإعادة.

كما يتم تجميع المواد متناهية الصغر من خلال استراتيجية من أسفل إلى أعلى، وتحتاج إلى استخدامها للسيطرة على حجم الجسيمات والشكل والملمس، وللا مائية، المسامية، تهمة، وظائف 2 الأساليب. في تخليق جسيمات متناهية الصغر المعادن الأساسية، يتم تقليل الملح معدن الأولي في عملية بالحفز لتوليد جزيئات الصفر التكافؤ، والتي بدورها توجيه التنوي من الجسيمات الأخرى. وهذا يؤدي إلى تجميع وإنتاج جسيمات متناهية الصغر أخيرا 3. في محاولة للسيطرة على حجم الجسيمات النانوية التي تم إنشاؤها ومنعهم من عجل من الحل، وتستغل مثبتات مثل بروابط، السطحي، وتهمة الأيونية، والبوليمرات كبيرة لقدرتها على منع النانوية من مزيد من التكتل 4-10. هذه المواد تمنع فان دير فال جذب الجسيمات النانوية، إما عن طريق الإعاقة الفراغية بسبب وجود مجموعات ضخمة أو من خلال النفور Coulombic 3.

في تيعمله، لذلك، وعاء واحد، واستراتيجية السطحية الاصطناعية للجيل مختلف النانوية الأساسية المعدنية باستخدام سيلاني، يتم تقديم ن- (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol (2-AST) (الشكل 1). بروابط على هذا المركب هي قادرة على الحد من السلائف المعادن واستقرار الجسيمات النانوية المعدنية مع فعالية عالية نسبيا. الأنصاف silanol ثلاثة الحالية هي أيضا قادرة على يشابك وهذا يشكل شبكة مترابطة من البوليمر organosilane مشربة النانوية داخل المصفوفة في (الشكل 2). وخلافا لمعظم silanes، التي تخضع بسهولة المائي في وجود الماء، واستقر هذا المركب في الماء، وهو مفيد لأغراض للا مائية والاستقرار والسيطرة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

ملاحظة: يتم استخدام جميع الكواشف كما هو من الشركة المصنعة مع أي تنقية أخرى. تم رصد ردود الفعل لمدة تصل إلى واحد من خلال التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية فيس لضمان خفض كامل. يتم تنفيذ كل ردود الفعل من تحت غطاء تنفيس والملابس السلامة المناسبة يلبس في جميع الأوقات، بما في ذلك القفازات ونظارات العين، والمعاطف مختبر.

1. توليف من الفضة النانوية

  1. تزن من 0.0169 غرام (0.1 ملمول) من نترات الفضة مباشرة إلى 50 مل دورق مخروطي.
  2. إضافة في 20 مل من 18.2 MΩ من الماء عالى النقاء وبار محرك مغناطيسي. تغطية قارورة مع سدادة لمنع التبخر.
  3. مكان الدورق في حمام الزيت تقع على النمام / صفيحة ساخنة وضمان الحفاظ على درجة الحرارة عند 60 درجة مئوية.
  4. ببطء إضافة 144 ميكرولتر (0.2 ملمول) من 2 AST باستخدام micropipette الدقة. يتم نقل ماصة تدفق عدة مرات في الحل لضمان جميع سيلاني إلى الحل.
  5. أخذ قراءات التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية فيسوفقا لبروتوكول المدرجة في القسم 5.
  6. بعد 6 ساعات، وإزالة عينة من حمام الزيت ونقل إلى قارورة 20 لتر عينة للتخزين، تيم، FTIR ومزيد من التحليل.
    ملاحظة: تخليق جزيئات الذهب والبلاديوم يتبع نفس الأسلوب ومتكافئة كميات باستثناء جزيئات الذهب التي تتطلب 216 ميكرولتر (0.3 مليمول) 2-AST. قد يستمر رد الفعل لإنتاج الجسيمات النانوية لمدة تصل إلى 2 أسابيع، ولكن معدل ليس كبيرا مقارنة مع معدل الأولي.

2. نقل المجهر الإلكتروني (تيم) إعداد نموذج

  1. تأكد من أن العينة قد يتم تبريده الى RT.
  2. وضع 200 الكربون شبكة المغلفة formvar الشبكة النحاسية على قطعة نظيفة من ورق الترشيح.
  3. باستخدام 1 مل باستور البلاستيك ماصة، ويلقي الإفلات حوالي 60 ميكرولتر من عينة جسيمات متناهية الصغر مباشرة على الشبكة.
  4. تسمح شبكة لتجف لمدة 24 ساعة قبل التصوير.
  5. أخذ صور عالية الدقة تيم فقا للشروط التالية:10 أمبير الحالية و 100 كيلو فولت تسريع الجهد 22.

3. النووية الرنين المغناطيسي (NMR) إعداد نموذج

ملاحظة: إجراء الرنين المغناطيسي في RT. في درجات حرارة عالية إشارات قد تتجمع، والتي تحط من نوعية الأطياف التي تم الحصول عليها.

  1. باستخدام ماصة الدقة، ماصة 50 ميكرولتر من ثاني أكسيد الديوتيريوم (D 2 O) في أنبوب NMR نظيفة.
  2. مع ماصة الدقة بأخرى نظيفة، ماصة 400 ميكرولتر من عينة جسيمات متناهية الصغر في نفس أنبوب الرنين المغناطيسي.
    1. كعينات أن تنضم إلى الجدران الداخلية للأنبوب الرنين المغناطيسي النووي، إضافة ببطء الحلول في أنبوب NMR. إذا العينة لا تلتزم، غطاء الأنبوب ويهز الجزء العلوي من أنبوب لإجبار حل للأسفل.
  3. خلط العينة عن طريق هز وقلب الأنبوب NMR مرارا وتكرارا.
  4. أنبوب عينة مكان إلى NMR اتباع الإرشادات التي وضعتها بروتوكول NMR المقدمة من قبل الشركة المصنعة. قد يكون ما يزيد عن 1000 بمسح اللازمة للوحدات السكنية المناسبةolution في برنامج نبض بروتون NMR 1 H.
    ملاحظة: يجب الجدران أنبوب NMR تكون نظيفة. فمن المستحسن أن الجدار الخارجي للأنبوب ومسحت مع ستوكات أو الوبر القماش الخالي قبل التحليل لوضوح الأطياف.
  5. تجاهل عينة عند الانتهاء. لا عودة العينة إلى حل الأم.

4. تحويل فورييه الأشعة تحت الحمراء إعداد نموذج (FTIR) الطيفي

  1. ضع 2 مل من عينة جسيمات متناهية الصغر في وعاء زجاجي صغير. و3 أنبوب مل أو 1 درهم زجاج قنينة يعمل بشكل جيد.
  2. تجفيف العينات عن طريق وضع إناء زجاجي في مجفف فراغ مزودة محبس.
  3. إرفاق مجفف لجهاز مضخة فراغ. تجفيف العينات قد يستغرق بضع ساعات اعتمادا على قوة فراغ. النظر في عينات تجف بعد وجود سائل مرئية في الحاوية.
  4. كشطت نزولا العينة باستخدام ملعقة نظيفة وجمع المواد الصلبة.
  5. وضع مادة صلبة على ATR-FTIR مطياف مزودة cryst ZnSeآل يزر ديود.
  6. الحصول على FTIR أطياف دمج 32 بالاشعة بين 4،000-500 سم -1 مع قرار الطيفي من 2.0. استخدام الخلفية الهواء 23.

5. أشعة فوق البنفسجية فيس الطيفي إعداد نموذج

  1. إجراء أشعة فوق البنفسجية فيس الطيفي على عينات جسيمات متناهية الصغر التي هي في 9:59 التخفيف من عينة جسيمات متناهية الصغر على المياه حتى لا يحدث ذلك التشبع في التحليل الطيفي.
  2. إزالة عينات جسيمات متناهية الصغر للأشعة فوق البنفسجية فيس بينما رد فعل يعمل على فترات نصف ساعة.
  3. باستخدام ماصة الدقة، وإزالة 100 ميكرولتر من المواد جسيمات متناهية الصغر ومكان في كفيت بلاستيكية.
  4. إضافة 1 مل من الماء عالى النقاء لنفس كفيت ومزيج دقيق من قبل بيغ ماصة عدة مرات.
  5. سجل أشعة فوق البنفسجية فيس الامتصاصية الطيف بين 250-800 نانومتر.
  6. بعد التحليل، لا عودة العينة إلى رد فعل. التخلص من تحليلها بطريقة مناسبة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

تم رصد رد فعل عن طريق مطياف الأشعة فوق البنفسجية فيس كما تشكيل جسيمات متناهية الصغر يجب أن تنتج قمم المميزة لكل جسيمات متناهية الصغر معدن على حدة. تم انجازه في التحليل النهائي من المواد المركبة من خلال تيم وFTIR. تم الحصول على أطياف FTIR من مسحوق المجففة من العينات. تحليل حجم الجسيمات يمكن أن يتحقق عن طريق قياس القطر جسيمات متناهية الصغر من الصور التي تم الحصول عليها عن طريق تيم والنتائج المتوسط.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

الأملاح التي أعلن عنها في هذه الورقة هي أملاح الوحيدة التي تم اختبارها من هذا المعدن. ونتيجة لذلك، فإنه من غير المؤكد أن هذه الاستراتيجية رد فعل ستعمل مع جميع أملاح المعادن، وخصوصا الذهب. ذوبان هذه الأملاح في الماء قد تؤثر أيضا على نتائج رد الفعل من حيث وقت رد الفعل، مورفولوجيا، والعوائد. في جميع ردود الفعل، تم إضافة سيلاني إلى محلول الملح المعدنية الذائبة بالفعل.

ومن الجدير بالذكر أن الرعاية التي يجب اتخاذها لضم...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

لا توجد المصالح المالية المتضاربة.

شكر وتقدير

الدكتور B.P.S. يود تشوهان أن يعرب عن امتنانه لجامعة ويليام باترسون لجائزة وقت الإصدار المخصص (ART) لجزء من البحث الموصوف هنا وأيضا لبرنامج البحث بشكل عام.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
n- (2-أمينوإيثيل) -3-أمينوسيلانتريول (2-AST)GelestSIA0590.025٪ في H2< / sub>O
نترات الفضةSigma AldrichS6506
الذهب (III) كلوريد ثلاثي الهيدراتSigma Aldrich520918
البلاديوم (II) نتراتAlfa Aesar11035
نظير كامبريدج ثاني أكسيد الديوتيريوم مختبراتDLM-4-100

المراجع

  1. Corriu, R. Organosilicon Chemistry and Nanoscience. J Organomet Chem. 686, 32-41 (2003).
  2. Chou, L. Y., Ming, K., Chan, W. Strategies for the intracellular delivery of nanoparticles. Chem. Soc. Rev. 40 (1), 233-245 (2011).
  3. Richards, R., Bönnemann, H. Synthetic Approaches to Metallic Nanomaterials. Nanofabrication towards Biomedical Applications. , Wiley-VCH. 4-9 (2005).
  4. Bradley, J. Chapter 6, Unit 6.2.2, The Chemistry of Transition Metal Colloids: Synthetic Methods for the Preparation of Colloidal Transition Metals. Clusters and Colloids. Schmid, G. , Wiley-VCH. 469-473 (1994).
  5. Paterer, A., et al. Investigation on the formation of copper zinc tin sulphide nanoparticles from metal salts and dodecanethiol. Mater. Chem. Phys. 149-150, 94-98 (2015).
  6. Yi, D. K., Lee, S. S., Ying, J. Y. Synthesis and Applications of Magnetic Nanocomposite Catalysts. Chem. Mater. 18, 2459-2461 (2006).
  7. Piepenbrock, M. M., Lloyd, G. O., Clarke, N., Steed, J. W. Metal- and Anion-Binding Supramolecular Gels. Chem. Rev. 110, 1960-2004 (2010).
  8. Wu, J. Preparation and Structural Characterization of Novel Nanohybrids by Cationic 3D Silica Nanoparticles Sandwiched between 2D Anionic Montmorillonite Clay through Electrostatic Attraction. J. Phys. Chem. C. 113 (30), 13036-13044 (2009).
  9. Spitalsky, Z. Carbon nanotube-polymer composites: Chemistry, Processing, Mechanical and Electrical Properties. Prog. Polym. Sci. 35, 357-401 (2010).
  10. Link, S., El-Sayed, M. A. Spectral Properties and Relaxation Dynamics of Surface Plasmon Electronic Oscillations in Gold and Silver Nanodots and Nanorods. J. Phys. Chem. B. 103 (40), 8410-8426 (1999).
  11. Fau, P., et al. Monitoring the Coordination of Amine Ligands on Silver Nanoparticles Using NMR and SERS. Langmuir. 31 (4), 1362-1367 (2015).
  12. Patil, H. B., Borse, S. V., Patil, D. R., Patil, U. K., Patil, H. M. Synthesis of silver nanoparticles by microbial method and their characterization. Arch. Phys. Res. 2 (3), 153-158 (2011).
  13. Ghosh, S., Sarma, N., Mandal, M., Kundu, S., Esumi, K., Pal, T. Evolution of gold nanoparticles in micelle by UV-irradiation: A conductometric study. Curr. Sci. 84 (6), 791-795 (2003).
  14. Paul, B., Bhuyan, B., Purkayastha, D. D., Dey, M., Dhar, S. S. Green synthesis of gold nanoparticles using Pogestemon benghalensis (B) O. Ktz leaf extract and studies of their photocatalytic activity in degradation of methylene. Mater. Lett. 148, 37-40 (2015).
  15. Chauhan, B. P. S., Rathore, S. Regioselective Synthesis of Multifunctional Hybrid Polysiloxanes Achieved by Pt-Nanocluster Catalysis. J. Am. Chem. Soc. 127, 5790-5791 (2005).
  16. Chauhan, B. P. S., Rathore, S., Bandoo, T. "Polysiloxane-Pd" Nanocomposites as Recyclable Chemoselective Hydrogenation Catalysts. J. Am. Chem. Soc. 126, 8493-8500 (2004).
  17. Chauhan, B. P. S., Rathore, S., Chauhan, M., Krawicz, A. Synthesis of Polysiloxane Stabilized Palladium Colloids and Evidence of Their Participation in Silaesterification Reactions. J. Am. Chem. Soc. 125, 2876-2877 (2003).
  18. Chauhan, B. P. S., Sardar, R., Tewari, P., Sharma, P. Proceedings of the Third International Workshop on Silicon Containing Polymers, Troy, NY, , 23-25 (2003).
  19. Pouchert, C. J. Non-Aromatic Amines. The Aldrich Library of Infrared Spectra. Pouchert, C. .J. , Aldrich Chemical Company. Wisconsin. (1983).
  20. Arkles, B., et al. Infrared Analysis of Organosilicon Compounds: Spectra-Structure Correlations. Silicon Compounds Register and Review. , (1987).
  21. Corriu, R. J. P. Hypervalent Species of Silicon-structure and Reactivity. J. Organomet. Chem. 400, 81-106 (1990).
  22. Basic Instruction Manual: Hitachi HT7700 TEM. , Tokyo, Japan. 1-28 (2014).
  23. OMNIC User's Guide Version 7.3: Thermo Electron Corporation. , Madison, Wisconsin. 151-216 (2006).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

جيل من Zerovalent المعادن الأساسية النانوية باستخدام ن- (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.