Hydrochinon-basierte Synthese von Gold-Nanostäbchen

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, Gold-Nanostäbchen mit einem Aspektverhältnis zwischen zwei und drei effizient herzustellen. Diese Methode kann dazu beitragen, Gold-Nanostäbchen auf reproduzierbare und bequeme Weise im Vergleich zu anderen synthetischen Protokollen in der wissenschaftlichen Literatur herzustellen. Die Hauptvorteile bei der Verwendung von Hydrochinon als Reduktionsmittel sind die drastische Erhöhung der Goldionenreduktionsrate und der geringere Einsatz von Cetyltrimethylammoniumbromid bei wesentlich geringeren Kosten.

Dieses Protokoll besteht aus zwei Schritten. Erstens werden die meisten kugelförmigen Goldsamen mit Natriumborhydrid hergestellt. Zweitens werden Gold-Nanostäbchen aus einem Samen unter Verwendung einer Samen-Wachstumslösung hergestellt.

Um mit der Vorbereitung der Goldsamen zu beginnen, lösen Sie zunächst 364,4 Milligramm CTAB in fünf Millilitern Wasser bei 40 Grad Celsius mittels Ultraschall auf. Nehmen Sie die Probe aus dem Ultraschallgerät, sobald die Lösung klar ist, und lassen Sie sie auf Raumtemperatur abkühlen, bevor Sie fortfahren. Bereiten Sie anschließend fünf Milliliter einer 0,5 millimolaren Lösung von Tetrochloraursäure in Wasser vor und geben Sie sie bei einer konstanten Temperatur von 27 Grad Celsius in die kräftig gerührte CTAB-Lösung.

Anschließend werden 600 Mikroliter einer Natriumborhydridlösung in Wasser bei vier Grad Celsius hergestellt und diese zu der schnell gerührten CTAB-Mischung bei 27 Grad Celsius gegeben. Vergewissern Sie sich, dass die Farbe sofort von gelb zu bräunlich wechselt. Rühren Sie die resultierende Suspension weitere 20 Minuten lang um.

Um die Größe der Samen zu bestimmen, pipettieren Sie zunächst 100 Mikroliter der Samensuspension in 400 Mikroliter Wasser in einer Kunststoff-Mikroküvette. Als nächstes überführen Sie die Mikroküvette in ein UV-sichtbares Spektrometer und analysieren sie in einem Wellenlängenbereich von 400 bis 840 Nanometern. Damit die Samen klein genug sind, um verwendet werden zu können, sollte es keinen ausgeprägten plasmonischen Peak im Bereich zwischen 505 und 520 Nanometern geben.

Beginnen Sie mit der Zubereitung der Wachstumslösung, indem Sie CTAB und Hydrochinon in fünf Millilitern Wasser bei 40 Grad Celsius mittels Ultraschall auflösen. Lassen Sie die Lösung auf 27 Grad Celsius abkühlen, bevor Sie fortfahren. Getrennt voneinander werden 200 Mikroliter einer vier Millimolare wässrige Silbernitratlösung und fünf Milliliter einer ein Millimolar wässrigen Tetrachloraurensäurelösung hergestellt.

Als nächstes fügen Sie die Silbernitratlösung, gefolgt von der Tetrachloraursäurelösung, der magnetisch gerührten CTAB-Lösung hinzu. Nach dem Mischen sofort 12 Mikroliter der zuvor vorbereiteten Goldsamensuspension hinzufügen. Überprüfen Sie nach 30 Minuten, ob sich die Farbe der Federung in Braun geändert hat.

Nehmen Sie alle fünf Minuten Proben von der Suspension, indem Sie 100 Mikroliter davon in 400 Mikroliter Wasser in einer Kunststoff-Mikroküvette pipettieren und die Probe durch UV-sichtbare Spektroskopie analysieren. Im UV-sichtbaren Spektrum stabilisiert sich eine Verschiebung zur niedrigeren Wellenlänge des fernrot verschobenen plasmonischen Peaks nach etwa 30 Minuten, was darauf hindeutet, dass die Reaktion abgeschlossen ist. Die Suspension in Zentrifugenröhrchen in einen Milliliter Aliquote aufteilen und zentrifugieren.

Die Gold-Nanostäbchen bilden am Boden der Röhren einen dunklen Niederschlag. Anschließend werden die einzelnen Ausfällungen durch Pipettieren und Beschallen in einem Milliliter Wasser wieder suspendiert. Kombinieren Sie alle Suspensionen in einem Behälter und lagern Sie sie für die spätere Verwendung bei Raumtemperatur.

Analysieren Sie die Gold-Nanostäbchen-Suspension mittels TEM bei 200 Kilovolt gemäß dem Protokoll des Herstellers und mittels UV-sichtbarer Spektroskopie in einem Wellenlängenbereich von 400 bis 840 Nanometern. Um das Aspektverhältnis der Nanostäbchen mit Silberionen zu variieren, bereiten Sie zunächst eine vier Millimolare Lösung von Silbernitrat in Wasser her. Stellen Sie als Nächstes drei Fläschchen auf, die jeweils fünf Milliliter CTAB und Hydrochinonlösung enthalten.

Geben Sie 100 Mikroliter, 150 Mikroliter oder 200 Mikroliter der Silbernitratlösung in die entsprechende Durchstechflasche. Fahren Sie fort, indem Sie fünf Milliliter der einen Millimolar Tetrachloraurinsäurelösung in jede Durchstechflasche geben. Schließen Sie den Prozess zur Abstimmung des Aspektverhältnisses ab, indem Sie 12 Mikroliter der Goldsamen hinzufügen, die Reaktion beproben und die Goldnanostäbchen durch Zentrifugation isolieren, wie zuvor beschrieben.

Stellen Sie zunächst CTAB-Lösungen in unterschiedlichen Konzentrationen her, indem Sie die entsprechende Menge CTAB gemäß Tabelle 1 in Fläschchen mit 22 Milligramm Hydrochinon in fünf Milliliter Wasser geben. Geben Sie anschließend 200 Mikroliter der vier Millimolaren Silbernitratlösung und fünf Milliliter der Millimolaren Tetrachloraurinsäurelösung in jedes magnetisch gerührte Fläschchen mit CTAB-Lösung. Geben Sie 12 Mikroliter der Goldsamensuspension in die Fläschchen und beobachten Sie den Farbwechsel von blau zu braun.

Analysieren Sie die Suspension mittels UV-sichtbarer Spektroskopie. Unterbrechen Sie das Rühren, wenn sich die Farbe der Suspension und das sichtbare UV-Spektrum stabilisiert haben. Bereiten Sie die Probe für die Zentrifugation vor.

Zentrifugieren Sie die Partikel und suspendieren Sie dann den Niederschlag der Goldnanostäbchen in einem Milliliter Wasser für die abschließende Analyse durch TEM und UV-sichtbare Spektroskopie. Die Längen der Gold-Nanostäbchen, die durch unterschiedliche Mengen an Silberionen in der Wachstumslösung gebildet werden, wurden mit Hilfe von TEM gemessen. Die Bilder zeigen, dass die Länge der Nanostäbchen proportional zur Menge der verwendeten Silberionen zunimmt.

Die Analyse von TEM-Bildern und UV-sichtbaren Spektren zeigte, dass mit zunehmender CTAB-Konzentration auch die Länge der Nanostäbchen zunahm. Die Aspektverhältnisse der Nanostäbchen erreichten bei einer CTAB-Konzentration von 50 Millimol ihren Höhepunkt, da die Breite der Stäbchen bei CTAB-Konzentrationen von mehr als 50 Millimol schneller zunahm als ihre Länge. Einmal gemeistert, kann diese Technik in einem halben Tag durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird.

Wenn Sie dieses Verfahren versuchen, ist es wichtig, immer saubere Glaswaren zu verwenden und die Temperatur der Wachstumslösung zu kontrollieren, um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen. Anfänger können mit dieser Methode Schwierigkeiten haben, da die Temperatur, die Rührgeschwindigkeit und die Reaktionsreihenfolge des Reagenziens kontrolliert werden müssen, um Goldnanostäbchen mit der gewünschten Größe und dem gewünschten Aspektverhältnis zu erhalten. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man einen Gold-Nanostäbchen mit Hydrochinon als Reduktionsmittel herstellt.

Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Chemikalien äußerst gefährlich sein kann, und Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen von Handschuhen, Laborkittel und Schutzbrille sollten bei der Durchführung dieser Verfahren immer getroffen werden.