Name: 等离子体金锡合金纳米颗粒的水合成 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-03-15T14:40:00.000+00:00
Duration: 3 min 54 s
Description: 了解金锡合金纳米颗粒的水相合成方法，采用Turkevich法制备金种子，在温和条件下实现可调控的等离子体性质。该方法为可持续纳米材料开发提供了环保新途径。

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本工作获得了海军部颁发的N00014-20-1-2858和N00014-22-1-2654奖项资助，颁发机构为海军研究办公室。表征工作部分由美国国家科学基金会重大研究仪器项目在资助号2216240下支持。本工作还部分得到了马萨诸塞大学洛威尔分校和马萨诸塞州政府的支持。我们感谢马萨诸塞大学洛威尔分校核心研究设施提供的帮助。

本研究中使用的仪器和试剂列于材料表中。
1. 柠檬酸盐包被金纳米颗粒种子的Turkevich合成法
<ol>
	<li>玻璃器皿的清洗
	<ol>
		<li>使用王水（HNO₃与HCl的摩尔比为1:3）清洗玻璃器皿和搅拌子3:HCl)</li>
		<li>用超纯水冲洗至无气味残留，使用前干燥。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>试剂溶液的配制
	<ol>
		<li>称取 39.4 mg HAuCl4∙3H2使用分析天平称取 O&#160;转移到洁净并贴好标签的20 mL玻璃闪烁瓶中。为配制10 mM溶液，用微量移液器加入10 mL超纯水至溶液中。</li>
		<li>使用分析天平称取58.8 mg二水合柠檬酸三钠，置于洁净并标记的20 mL玻璃闪烁瓶中。为配制100 mM溶液，用微量移液器加入10 mL超纯水。</li>
		<li>使用前将两种前体溶液分别超声处理30秒；目视确认试剂已完全溶解。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Au 种子的合成
	<ol>
		<li>将一支洁净的25.4 mm聚四氟乙烯（PTFE）搅拌子放入一个洁净的250 mL圆底烧瓶中。</li>
		<li>向烧瓶中加入 58.56 mL 超纯水。</li>
		<li>将该烧瓶移至120 V处&#160;250 mL 加热套，置于搅拌器上。</li>
		<li>组装加热套，并将连接的温度控制器设置为 138 °C，以 640 rpm 的速度搅拌。</li>
		<li>将冷凝管连接至圆底烧瓶顶部，固定于支架上，并向冷凝管通入冷却水。</li>
		<li>当水在 100 °C 沸腾且反应处于回流状态时，直接用移液器加入 1.2 mL 的 10 mM HAuCl4 通过短暂移除冷凝器将溶液加入。</li>
		<li>让反应恢复回流，然后取下冷凝管。</li>
		<li>一次性迅速注入480 µL的100 mM柠檬酸三钠溶液。 
		注意：应快速单次注入100 mM 柠檬酸三钠，以确保形成均一、单分散的颗粒。</li>
		<li>立即将冷凝管重新接回烧瓶，并使溶液回流8分钟。 
		注意：柠檬酸盐注射后约 2 分钟，应观察到明显的颜色变化，变为深紫红色，最终颜色为酒红色。</li>
		<li>8分钟后，将圆底烧瓶从加热套中取出，使其恢复至室温。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Au-Sn 双金属纳米颗粒的合成
<ol>
	<li>前体溶液的制备
	<ol>
		<li>配制10 wt%聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶液，请按以下步骤操作：
		<ol>
			<li>使用分析天平准确称取0.1 g PVP，置于洁净并标记的20 mL玻璃闪烁瓶中。</li>
			<li>用移液器吸取1 mL超纯水加入小瓶中。超声处理1分钟，直至完全溶解。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>配制 5 mM SnCl4 溶液，请按照以下步骤操作：
		<ol>
			<li>使用微量移液器，将7.5 mL超纯水转移至一个洁净的20 mL闪烁瓶中。</li>
			<li>快速注入 4.34 µL 的 SnCl4 使用微量移液器将溶液加入小瓶中，并轻轻旋转直至完全溶解。 
			警告：SnCl4 由于该溶液具有腐蚀性，且在常温条件下会释放烟雾并具有反应性，可能导致试剂分解，因此应在通风橱中操作。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>要配制 260 mM NaBH₄4 溶液，按照以下步骤进行&#160;以下：
		<ol>
			<li>准确称取 20 mg NaBH₄4 使用分析天平将样品加入已标记的洁净20 mL玻璃闪烁瓶中。 
			注意：NaBH₄4 溶液在注入样品前立即配制。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>双金属纳米颗粒的形成
	<ol>
		<li>用移液器将6 mL金种子溶液和相应体积的超纯水加入洁净的20 mL玻璃闪烁瓶中，瓶内放入一根12.7 mm聚四氟乙烯（PTFE）搅拌子。 
		注意：超纯水、PVP、SnCl 的用量4，和 NaBH4 取决于所配制的 %Au-Sn 溶液，具体数值可在 表1.</li>
		<li>将小瓶置于搅拌器上，以1,500 rpm的转速开始搅拌。</li>
		<li>将适量的10 wt% PVP用移液器加入反应小瓶中。</li>
		<li>加入相应体积的 5 mM SnCl4 将溶液加入反应小瓶中。</li>
		<li>取出反应小瓶并盖紧瓶盖，置于60 °C水浴中10分钟。 
		注意：此步骤中搅拌子可保留在小瓶内。</li>
		<li>10分钟后，将小瓶从热水浴中取出，打开瓶盖，放回1,500 rpm的搅拌器上继续搅拌。</li>
		<li>向含有固体 NaBH 的小瓶中加入 2.03 mL 超纯水4，盖紧盖子，振荡至溶解。</li>
		<li>立即用移液器吸取 260 mM NaBH4 将溶液迅速注入反应小瓶中，并搅拌30秒。 
		注意：溶液颜色由酒红色变为黄橙色，并伴有气泡形成。</li>
		<li>将反应小瓶从搅拌器上取下，松松地盖上盖子，放入60 °C的热水浴中加热20分钟。</li>
		<li>20分钟后，将小瓶从热水浴中取出。</li>
		<li>从反应小瓶中取出搅拌子。</li>
		<li>在表征前，让溶液冷却至室温。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 等离激元双金属纳米粒子的光学表征
<ol>
	<li>使用石英比色皿中的超纯水作为空白对照，对仪器进行调零，并运行背景校正。</li>
	<li>将样品转移至洁净的石英比色皿中（光程为1 cm），采集波长范围为200–700 nm的紫外-可见光谱。</li>
</ol>
4. 等离子体双金属纳米粒子的结构表征
<ol>
	<li>使用微量移液器将适量样品转移至2.0 mL 微量离心管中，并在室温下以5,510 × g 离心8 min。</li>
	<li>8 min后，用移液器小心吸除上清液，避免扰动沉淀。沉淀物将留在管底。</li>
	<li>向含有沉淀的管中加入1.50 mL超纯水，涡旋振荡以重悬沉淀。</li>
	<li>再次将样品在5,510 × g 条件下离心8 min。</li>
	<li>离心完成后，移除大部分上清液，使每管中留下浓缩的样品，约保留200 µL浓缩的颗粒胶体。</li>
	<li>使用移液器将浓缩样品转移至零背景硅片样品台上。</li>
	<li>将样品台敞开放置于干燥器中，使其完全干燥。</li>
	<li>干燥后，将样品放入X射线衍射仪中采集数据。采用波长为1.54 Å的Cu Kα作为X射线源，在2θ范围为10°–90°内以1° min-1的扫描速率进行扫描。</li>
</ol>
5. 等离激元双金属纳米粒子的成像
<ol>
	<li>使用微量移液器将适量样品转移至2.0 mL 微量离心管中，并在室温下以5,510 × g 离心8 min。</li>
	<li>8 min后，用移液器小心吸除上清液，避免扰动沉淀；沉淀物将留在管底。</li>
	<li>向含有沉淀的管中加入1.5 mL超纯水，涡旋振荡以重悬沉淀。</li>
	<li>再次以5,510 × g 离心8 min。</li>
	<li>离心完成后，移除大部分上清液，并通过轻轻摇动试管使沉淀均匀分散于残留的上清液中。每管中保留浓缩后的样品。</li>
	<li>使用微量移液器吸取10 µL浓缩样品，滴加至铜载碳型B透射电子显微镜（TEM）载网上。</li>
	<li>将载网置于干燥器中，不加盖，干燥约2 h。 
	注意：样品成像采用&#160;TEM&#160;在100 kV加速电压下进行；多分散性和粒径分析使用ImageJ软件完成。</li>
</ol>

Aqueous Synthesis of Plasmonic Gold-Tin Alloy Nanoparticles

<ol><li>Fonseca Guzman, M. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmon+manipulation+by+post-transition+metal+alloying%5BTitle%5D)+AND+%22Matter%22%5BJournal%5D)">Plasmon manipulation by post-transition metal alloying.</a> Matter. 6 (3), 1-17 (2023).</li>
<li>Branco, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+gold-tin+alloy+nanoparticles+with+tunable+plasmonic+properties%5BTitle%5D)+AND+%22STAR+Protoc%22%5BJournal%5D)">Synthesis of gold-tin alloy nanoparticles with tunable plasmonic properties.</a> STAR Protoc. 4 (3), 102410(2023).</li>
<li>Kelly, K. L., Coronado, E., Zhao, L. L., Schatz, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+optical+properties+of+metal+nanoparticles%3A+The+influence+of+size%2C+shape%2C+and+dielectric+environment%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+B%22%5BJournal%5D)">The optical properties of metal nanoparticles: The influence of size, shape, and dielectric environment.</a> J Phys Chem B. 107 (3), 668-677 (2003).</li>
<li>Linic, S., Christopher, P., Xin, H., Marimuthu, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catalytic+and+photocatalytic+transformations+on+metal+nanoparticles+with+targeted+geometric+and+plasmonic+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Acc+Chem+Res%22%5BJournal%5D)">Catalytic and photocatalytic transformations on metal nanoparticles with targeted geometric and plasmonic properties.</a> Acc Chem Res. 46 (8), 1890-1899 (2013).</li>
<li>Naldoni, A., Shalaev, V. M., Brongersma, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applying+plasmonics+to+a+sustainable+future%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Applying plasmonics to a sustainable future.</a> Science. 356 (6341), 908-909 (2017).</li>
<li>King, M. E., Fonseca Guzman, M. V., Ross, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Material+strategies+for+function+enhancement+in+plasmonic+architectures%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Material strategies for function enhancement in plasmonic architectures.</a> Nanoscale. 14 (3), 602-611 (2022).</li>
<li>Zhou, M., Li, C., Fang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noble-metal+based+random+alloy+and+intermetallic+nanocrystals%3A+Syntheses+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Rev%22%5BJournal%5D)">Noble-metal based random alloy and intermetallic nanocrystals: Syntheses and applications.</a> Chem Rev. 121 (2), 736-795 (2020).</li>
<li>Cortie, M. B., McDonagh, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+optical+properties+of+hybrid+and+alloy+plasmonic+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Rev%22%5BJournal%5D)">Synthesis and optical properties of hybrid and alloy plasmonic nanoparticles.</a> Chem Rev. 111 (6), 3713-3735 (2011).</li>
<li>Leitao, E. M., Jurca, T., Manners, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catalysis+in+service+of+main+group+chemistry+offers+a+versatile+approach+to+p-block+molecules+and+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Chem%22%5BJournal%5D)">Catalysis in service of main group chemistry offers a versatile approach to p-block molecules and materials.</a> Nat Chem. 5 (10), 817-829 (2013).</li>
<li>Melen, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frontiers+in+molecular+p-block+chemistry%3A+From+structure+to+reactivity%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Frontiers in molecular p-block chemistry: From structure to reactivity.</a> Science. 363 (6426), 479-484 (2019).</li>
<li>Turkevich, J., Stevenson, P. C., Hillier, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+study+of+the+nucleation+and+growth+processes+in+the+synthesis+of+colloidal+gold%5BTitle%5D)+AND+%22Farad+Disc%22%5BJournal%5D)">A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold.</a> Farad Disc. 11, 55-75 (1951).</li>
</ol>

作者声明无竞争利益。

在本研究中，采用Turkevich方法制备金种子11。关于该方法的操作局限性，需迅速注入480 µL的100 mM三水合柠檬酸钠溶液。若柠檬酸钠溶液注入速度过慢，可能形成粒径分布较宽的多分散性颗粒。此外，玻璃器皿的清洁程度会显著影响金种子的质量和一致性。若玻璃器皿在使用前未用王水彻底清洗，金种子可能发生聚集，此时若观察到紫色持续存在即可肉眼识别。必须确保这些金种子完全冷却至室温后，再进行表征。
确定 Au 种子的适用性后，便可将其用于制备 Au-Sn 纳米颗粒。配制 5 mM Sn 溶液时，SnCl4 的注入操作必须在通风橱内进行，并应尽量减少 SnCl4 溶液暴露于空气中的时间，以防止其降解。该溶液在常温条件下具有高反应活性、腐蚀性，开启时会释放烟雾，因此在通风橱内操作对保障安全至关重要。本合成过程中的另一个关键步骤是加入 260 mM NaBH4 前体溶液。NaBH4 作为还原剂用于将 Sn 还原进入 Au 种子中，但其在溶于水后会迅速降解。因此，必须在即将使用前才将水加入固体 NaBH4 中，并在其完全溶解后立即快速注入反应瓶中。NaBH4 溶液长时间暴露于溶液中可能导致其还原能力下降，从而无法将 Sn 充分还原进入 Au 种子中。
尽管该方法存在一定的局限性，但它能够合成具有显著局域表面等离子体共振（LSPR）峰和高质量等离子体特性的纳米颗粒。鉴于强等离子体活性过渡金属的种类有限，后过渡金属合金化是一种有效的方法，可实现等离子体能量的可调性，从而拓展其在更广泛应用中的潜力1,2,3,6,7,8。通过将后过渡金属锡（Sn）与金（Au）等贵金属结合，可形成合金，表现出更高能量的等离子体共振，凸显了后过渡金属合金化在未来紫外光相关应用中的功能意义。期望这类纳米颗粒可在催化、药物递送和光电子学领域得到应用。

等离激元金属纳米颗粒1,2因其能够高效吸收光、将光聚焦到亚纳米尺度体积内并增强催化反应，在催化、光电子学、传感和可持续性领域具有广泛应用3,4,5。仅有少数金属表现出高效的局域表面等离激元共振（LSPR），其中被广泛研究的金属之一是Au3。
Au 是一种被广泛研究的贵金属，以其能与其他金属形成稳定的合金而著称。然而，Au 的局域表面等离子体共振（LSPR）局限于可见光和红外区域，无法调节至更高能量范围。6,7,8与此同时，后过渡金属具有一系列与贵金属不同的有趣反应性和催化特性6,9,10.&#160;通过将金与后过渡金属合金化，可将局域表面等离子体共振调节至更高能量，接近紫外光区域1.&#160;本方案重点研究金-锡（Au-Sn）合金化。锡（Sn）易于与多种金属形成合金，可支持紫外局域表面等离子体共振（UV LSPRs），并在催化方面具有有趣的应用，例如甲酸的生成。 通过 二氧化碳还原6,7,8通过化学还原法及将 Sn 扩散至晶种中的种子生长法合成 Au 和 Sn 合金。
该方法的主要目标是快速合成水相金属纳米颗粒合金（即&#160;数小时内即可在常温下通过水相化学方法稳定、可重复地完成。最初，采用Turkevich法制备金种子11，随后进行基于种子的扩散合成，这是制备随机合金纳米颗粒时的常用策略8值得注意的是，与其他方法相比，锡合金化在温和的环境中仅需较短时间（约30分钟）且使用简单的设备即可完成。7,8 该过程可在温和的水相条件下进行，无需高温、高真空仪器或危险溶剂，也无需繁琐的环境控制措施。&#160;所得的金-锡合金具有稳定的形貌、尺寸、形状和光学性质，这些特性可通过调节锡含量进行调控。

<table><tbody><tr><td>Basix 微量离心管</td><td>Fisher Scientific</td><td>Cat#02-682-004</td><td></td></tr><tr><td>Cary 100 紫外-可见分光光度计</td><td>Agilent Technologies</td><td>Cat#G9821A; RRID:SCR_019481</td><td></td></tr><tr><td>Cary WinUV</td><td>Agilent Technologies</td><td></td><td>https://www.agilent.com/en/product/molecular-spectroscopy/uv-vis-uv-visnir-spectroscopy/uv-vis-uv-vis-nirsoftware/cary-winuv-softwar</td></tr><tr><td>晶体学开放数据库</td><td>CrystalEye</td><td>RRID: SCR_005874</td><td>http://www.crystallography.net/</td></tr><tr><td>Cu 碳支持膜铜网格&lt;br/&gt;（200目，97 &amp;micro;m 网孔）</td><td>Ted Pella</td><td>Cat#01811</td><td></td></tr><tr><td>Direct-Q 3 UV-R 纯水净化系统</td><td>MilliporeSigma</td><td>Cat#ZRQSVR300</td><td></td></tr><tr><td>Entris 分析天平</td><td>Sartorius</td><td>Cat#ENTRIS64I-1SUS</td><td></td></tr><tr><td>玻璃圆底烧瓶（250 mL）</td><td>Fisher Scientific</td><td>Cat#FB201250</td><td></td></tr><tr><td>玻璃闪烁瓶</td><td>Wheaton</td><td>Cat#986548</td><td></td></tr><tr><td>盐酸&lt;br/&gt;（HCl，NF/FCC）</td><td>Fisher Scientific</td><td>CAS: 7647-01-0, 7732-18-5</td><td></td></tr><tr><td>三水合四氯金(III)酸&lt;br/&gt;（HAuCl&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;&amp;middot;3H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O，99.99%）</td><td>Alfa Aesar</td><td>CAS: 16961-25-4</td><td>置于干燥器中以保持纯度和稳定性的一致性</td></tr><tr><td>ImageJ</td><td>美国国立卫生研究院</td><td>RRID: SCR_003070</td><td>https://imagej.nih.gov/ij/download.html</td></tr><tr><td>Isotemp GPD 10 恒温水浴锅</td><td>Fisher Scientific</td><td>Cat#FSGPD10</td><td></td></tr><tr><td>Isotemp 加热磁力搅拌器</td><td>Fisher Scientific</td><td>Cat#SP88857200</td><td></td></tr><tr><td>Milli-Q 超纯水&lt;br/&gt;（18.2 M&amp;Omega;-cm）</td><td>水纯化系统</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Miniflex X射线衍射仪</td><td>Rigaku</td><td>RRID:SCR_020451</td><td>https://www.rigaku.com/products/xrd/miniflex</td></tr><tr><td>Model 5418 微量离心机</td><td>Eppendorf</td><td>Cat#022620304</td><td></td></tr><tr><td>硝酸&lt;br/&gt;（HNO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;，认证 ACS Plus）</td><td>Fisher Scientific</td><td>CAS: 7697-37-2, 7732-18-5</td><td></td></tr><tr><td>加热套用开关式温度控制器</td><td>Fisher Scientific</td><td>Cat#11476289</td><td></td></tr><tr><td>Optifit 吸头架移液器吸头（0.5–200 &amp;micro;L）</td><td>Sartorius</td><td>Cat#790200</td><td></td></tr><tr><td>Optifit 吸头架移液器吸头（10–1000 &amp;micro;L）</td><td>Sartorius</td><td>Cat#791000</td><td></td></tr><tr><td>Philips CM12 120 kV 透射电子显微镜</td><td>Philips</td><td>RRID:SCR_020411</td><td></td></tr><tr><td>移液管吸头（1–10 mL）</td><td>USA Scientific</td><td>Cat#1051-0000</td><td></td></tr><tr><td>聚乙烯吡咯烷酮&lt;br/&gt;（PVP；分子量 [MW] = 40,000）</td><td>Alfa Aesar</td><td>CAS: 9003-39-8</td><td>置于干燥器中以保持纯度和稳定性的一致性</td></tr><tr><td>Practum 精密天平</td><td>Sartorius</td><td>Cat# PRACTUM1102-1S</td><td></td></tr><tr><td>PTFE 磁力搅拌子（12.7 mm）</td><td>Fisher Scientific</td><td>Cat#14-513-93</td><td></td></tr><tr><td>PTFE 磁力搅拌子（25.4 mm）</td><td>Fisher Scientific</td><td>Cat#14-513-94</td><td></td></tr><tr><td>石英比色皿&lt;br/&gt;（长 &amp;times; 宽 &amp;times; 高：10 mm &amp;times; 12.5 mm &amp;times; 45 mm）</td><td>Fisher Scientific</td><td>Cat#14-958-126</td><td></td></tr><tr><td>圆底加热套 120 V 250 mL</td><td>Fisher Scientific</td><td>Cat#11-476-004</td><td></td></tr><tr><td>SmartLab Studio II</td><td>Rigaku</td><td></td><td>https://www.rigaku.com/products/xrd/studio</td></tr><tr><td>硼氢化钠&lt;br/&gt;（NaBH&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;，97+%）</td><td>Alfa Aesar</td><td>CAS: 16940-66-2</td><td>置于干燥器中以保持纯度和稳定性的一致性</td></tr><tr><td>SureOne 移液器吸头（0.1–10 &amp;micro;L）</td><td>Fisher Scientific</td><td>Cat#02-707-437</td><td></td></tr><tr><td>Tacta 机械移液器（P10）</td><td>Sartorius</td><td>Cat#LH-729020</td><td></td></tr><tr><td>Tacta 机械移液器（P1000）</td><td>Sartorius</td><td>Cat#LH-729070</td><td></td></tr><tr><td>Tacta 机械移液器（P10000）</td><td>Sartorius</td><td>Cat#LH-729090</td><td></td></tr><tr><td>Tacta 机械移液器（P20）</td><td>Sartorius</td><td>Cat#LH-729030</td><td></td></tr><tr><td>Tacta 机械移液器（P200）</td><td>Sartorius</td><td>Cat#LH-729060</td><td></td></tr><tr><td>四氯化锡&lt;br/&gt;（SnCl&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;，99.99%）</td><td>Alfa Aesar</td><td>CAS: 7646-78-8</td><td>存放于通风橱中，使用间隔间用Parafilm密封，以避免暴露于环境条件</td></tr><tr><td>二水合柠檬酸三钠&lt;br/&gt;（C&lt;sub&gt;6&lt;/sub&gt;H&lt;sub&gt;5&lt;/sub&gt;Na&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;O&lt;sub&gt;7&lt;/sub&gt;&amp;middot;2H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O，99%）</td><td>Alfa Aesar</td><td>CAS: 6132-04-3</td><td>置于干燥器中以保持纯度和稳定性的一致性</td></tr><tr><td>零背景硅样品架</td><td>Rigaku</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

等离子体金锡合金纳米粒子的水相合成

本实验方案描述了金（Au）纳米颗粒种子的合成以及随后形成金-锡（Au-Sn）双金属纳米颗粒的过程。这些纳米颗粒在催化、光电子学、成像和药物递送方面具有潜在应用价值。以往制备合金纳米颗粒的方法通常耗时较长，需要复杂的反应条件，且结果可能不一致。本方案首先采用Turkevich法合成约13 nm的Au纳米颗粒种子。随后，通过还原锡（Sn）并将其掺入Au种子中，生成Au-Sn合金纳米颗粒。文中描述了对这些纳米颗粒的光学和结构表征方法。在光学方面，紫外-可见光谱显示存在明显的局域表面等离子体共振（LSPR）峰。在结构方面，粉末X射线衍射（XRD）结果表明所有颗粒尺寸均小于20 nm，并呈现出Au、Sn以及多种Au-Sn金属间化合物相的衍射图样。通过透射电子显微镜（TEM）成像获得颗粒的球形形貌及尺寸分布。TEM结果显示，在掺入Sn后，纳米颗粒的直径增长至约15 nm。

图1展示了金种子和金-锡合金纳米颗粒的代表性结果。按照金种子合成方案，观察到在约517 nm处出现一个明显且不对称的吸收峰，消光强度最大值约为0.7，对应于局域表面等离子体共振（LSPR）。随着锡的加入，该峰发生蓝移，同时样品的光学颜色从酒红色变为橙色再变为黄褐色。随着锡添加比例的增加，该峰进一步蓝移并展宽。当锡添加量分别为10%、20%、30%和40%时，预期的LSPR最大值分别约为514 nm、502 nm、475 nm和470 nm。当锡添加量达到40%时，LSPR信号显著减弱。由于锡的消光系数低于纯金纳米颗粒，随着锡含量的增加，整体消光强度下降。
可获得13 nm球形、单分散的金纳米颗粒作为种子。随着锡的掺入，纳米颗粒尺寸应略有增大，同时保持球形形貌。尺寸将根据添加的锡量不同而有所差异，如表2所示。晶体结构数据与开放晶体学数据库中的标准谱图进行比对，包括面心立方（FCC）金（9013036）、三方相Au5Sn（1510571）和六方相AuSn（1510301）1.
Au 种子的 XRD 图谱应仅显示与面心立方 Au 相关的衍射峰，其中 (111) 晶面反射的主峰位于约 38°1。除添加 10% Sn 的纳米颗粒中 (111) 峰发生位移外，未观察到其他额外峰。在添加 20% Sn 时，可在约 40° 处观察到一个微弱的衍射峰，对应于 Au5Sn 金属间化合物合金。在添加 30% 和 40% Sn 时，Au5Sn 的衍射峰更加明显。当 Sn 添加量超过 40% 时，还应出现 AuSn 金属间化合物的衍射峰。
<img alt="金到金锡纳米颗粒的合成；透射电镜图像、消光光谱、XRD 数据；合金形成研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66628/66628fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 1"> 
图 1：金种子及金锡合金纳米颗粒的代表性结果。（A）锡还原过程中观察到的典型视觉变化。（B）加入10%-40%锡后，金种子与纳米颗粒溶液的不同外观。（C）纳米颗粒的代表性透射电子显微图像。比例尺为100 nm。（D）紫外-可见光谱和（E）X射线衍射图谱，显示金种子及添加10%-40%锡后的纳米颗粒。该图改编自 Branco 等人2。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66628/66628fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td colspan="2"></td>
			<td>Au 种子 (mL)</td>
			<td>超纯水 (mL)</td>
			<td>10% wt% PVP (µL)</td>
			<td>5 mM SnCl4 (µL)</td>
			<td>260 mM NaBH4 (µL)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">10% Au-Sn 添加</td>
			<td>6.00</td>
			<td>1.82</td>
			<td>31.9</td>
			<td>26.6</td>
			<td>153.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">20% Au-Sn 添加</td>
			<td>6.00</td>
			<td>1.77</td>
			<td>35.9</td>
			<td>59.8</td>
			<td>172.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">30% Au-Sn 添加</td>
			<td>6.00</td>
			<td>1.70</td>
			<td>41.0</td>
			<td>102.5</td>
			<td>197.0</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">40% Au-Sn 添加</td>
			<td>6.00</td>
			<td>1.61</td>
			<td>47.8</td>
			<td>159.4</td>
			<td>229.9</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表1：合成金-锡纳米颗粒所需的前驱体溶液体积。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>样品</td>
			<td>直径 (nm)</td>
			<td>标准偏差 (nm)</td>
			<td>变异系数 (%)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Au seeds</td>
			<td>13.3</td>
			<td>± 1.1</td>
			<td>8.3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>添加10% Sn</td>
			<td>13.3</td>
			<td>± 1.0</td>
			<td>7.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>添加20% Sn</td>
			<td>13.6</td>
			<td>± 1.4</td>
			<td>10.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>添加30% Sn</td>
			<td>14.4</td>
			<td>± 1.0</td>
			<td>7.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>添加40% Sn</td>
			<td>15.8</td>
			<td>± 1.4</td>
			<td>9.0</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表2：纳米颗粒尺寸分布。

本文描述了使用Turkevich方法合成金（Au）种子的过程。随后利用这些种子合成具有可调谐等离子体性质的金-锡合金（Au-Sn）纳米颗粒。

本方案描述了金纳米颗粒种子的合成以及随后的金-锡双金属纳米颗粒的形成。这些纳米颗粒具有……

我们的研究重点是设计和制备新型纳米材料，这些材料包含多种元素，可应对可持续性和能源领域的重大挑战。其中主要的研究方向是理解如何将元素周期表中具有不同性质的元素进行混合。大多数合金金属纳米颗粒的合成需要高温、有机溶剂，并需去除氧气。我们的合成反应在温和条件下于水中进行，可在实验台上通过温和加热完成。未来的研究将致力于探索该策略的普适性，以将多种元素掺入合金纳米颗粒，同时控制其尺寸和形貌。这些因素对于发掘新材料的全新性能至关重要。首先，将一个洁净的 25.4 毫米聚四氟乙烯（PTFE）搅拌子放入一个洁净的 250 毫升圆底烧瓶中。向烧瓶中加入 58.56 毫升超纯水。将烧瓶置于放置在搅拌器上的 120 伏加热套上。将组装好的加热套上的加热控制器设定为138摄氏度，搅拌速度为640转/分钟。在圆底烧瓶顶部连接冷凝管，并将其固定在支架上。然后开启冷凝管中的水流。当水在100摄氏度沸腾并达到回流状态时，短暂移去冷凝管，直接用移液器将1.2毫升的10毫摩尔氯金酸溶液加入水中。重新装上冷凝管，使反应恢复回流，随后取下冷凝管。一次性迅速注入480微升100毫摩尔的三水合柠檬酸钠溶液。在溶液开始回流之前，立即重新装上冷凝管。八分钟后，将烧瓶从加热套上取下。首先，将六毫升金种子与相应体积的超纯水转移至一个 20 毫升的玻璃闪烁小瓶中。将一根 12.7 毫米的聚四氟乙烯（PTFE）搅拌子放入小瓶中。将小瓶置于搅拌器上。然后以1,500 RPM的转速开始搅拌。接着，向反应小瓶中加入适量的10%聚乙烯吡咯烷酮。然后，向小瓶中加入相应体积的5毫摩尔氯化物溶液。将小瓶从搅拌器上取下， tightly 密封反应小瓶，并将其浸入60摄氏度的热水浴中。10分钟后，将小瓶从热水浴中取出，打开瓶盖，重新放置到搅拌器上。向含有固体硼氢化钠的小瓶中加入2.03毫升超纯水。盖紧盖子后，振荡混合物直至盐完全溶解。立即用移液器快速将硼氢化钠溶液注入反应小瓶中，继续搅拌反应混合物30秒。随后将反应小瓶从搅拌器上取下。将瓶盖松开的离心管置于60摄氏度的水浴中加热20分钟。最后，从热水浴中取出离心管，冷却至室温。

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