Seguimiento de la electroquímica en nanopartículas individuales con espectroscopía de dispersión Raman mejorada en superficie y microscopía

Summary

El protocolo describe cómo monitorear eventos electroquímicos en nanopartículas individuales utilizando espectroscopía e imágenes de dispersión Raman mejoradas en superficie.

Abstract

El estudio de las reacciones electroquímicas en nanopartículas individuales es importante para comprender el rendimiento heterogéneo de las nanopartículas individuales. Esta heterogeneidad a nanoescala permanece oculta durante la caracterización promediada por conjuntos de nanopartículas. Se han desarrollado técnicas electroquímicas para medir las corrientes de nanopartículas individuales, pero no proporcionan información sobre la estructura y la identidad de las moléculas que sufren reacciones en la superficie del electrodo. Las técnicas ópticas, como la microscopía de dispersión Raman mejorada en superficie (SERS) y la espectroscopia, pueden detectar eventos electroquímicos en nanopartículas individuales y, al mismo tiempo, proporcionar información sobre los modos vibratorios de las especies de superficie de electrodos. En este documento, se demuestra un protocolo para rastrear la oxidación-reducción electroquímica del azul del Nilo (NB) en nanopartículas de Ag individuales utilizando microscopía y espectroscopia SERS. En primer lugar, se describe un protocolo detallado para fabricar nanopartículas de Ag en una película de Ag lisa y semitransparente. Se forma un modo de plasmón dipolar alineado a lo largo del eje óptico entre una sola nanopartícula de Ag y una película de Ag. La emisión SERS de NB fijada entre la nanopartícula y la película se acopla en el modo plasmón, y la emisión de alto ángulo se recoge mediante un objetivo de microscopio para formar un patrón de emisión en forma de rosquilla. Estos patrones de emisión SERS en forma de rosquilla permiten la identificación inequívoca de nanopartículas individuales en el sustrato, a partir de las cuales se pueden recolectar los espectros SERS. En este trabajo, se proporciona un método para emplear el sustrato SERS como electrodo de trabajo en una celda electroquímica compatible con un microscopio óptico invertido. Finalmente, se muestra el seguimiento de la oxidación-reducción electroquímica de moléculas NB en una nanopartícula Ag individual. La configuración y el protocolo descritos aquí se pueden modificar para estudiar diversas reacciones electroquímicas en nanopartículas individuales.

Introduction

La electroquímica es una ciencia de medición importante para estudiar la transferencia de carga, el almacenamiento de carga, el transporte de masas, etc., con aplicaciones en diversas disciplinas, incluyendo biología, química, física e ingeniería 1,2,3,4,5,6,7 . Convencionalmente, la electroquímica implica mediciones sobre un conjunto, una gran colección de entidades individuales como moléculas, dominios cristalinos, nanopartículas y siti....

Protocol

1. Preparación del sustrato SERS en modo gap

1. Limpie los cubreobjetos No. 1 (consulte la Tabla de materiales) con un lavado con acetona y agua, como se describe a continuación. Realice este paso en una sala limpia para asegurarse de que no se depositen residuos u otras materias no deseadas en los cubreobjetos.
   1. Coloque los cubreobjetos en una rejilla deslizante. Use pinzas cuando mueva los cubreobjetos/sustratos. Coloque la rejilla deslizante en un recipiente de vidrio y llénela con acetona.
      PRECAUCIÓN: La acetona es altamente inflamable y tiene posibles efectos negativos para la salud. Manéjelo en un área bien venti....

Results

La Figura 2A muestra sustratos de película delgada de Ag preparados utilizando un sistema de deposición de metal por haz de electrones. El sustrato "bueno" que se muestra en la Figura 2A tiene una cobertura homogénea de Ag metal sobre el cubreobjetos de vidrio, mientras que el sustrato "malo" tiene una cobertura no uniforme de Ag. El espectro ultravioleta-visible de la película delgada Ag "buena" se muestra en la Figura 2B, que demu.......

Discussion

Depositar películas metálicas delgadas de Cu y Ag en cubreobjetos limpios es vital para garantizar que la película final tenga una rugosidad no mayor de dos a cuatro capas atómicas (o una rugosidad cuadrática media menor o igual a alrededor de 0,7 nm). El polvo, los arañazos y los residuos presentes en el cubreobjetos antes de la deposición del metal son problemas comunes que impiden la fabricación de la película lisa necesaria para producir patrones de emisión en forma de rosquilla. Por lo tanto, se recomienda sonicar l.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acetona, grado microelectrónico	J. T. Baker	9005-05
Pipeta ajustable, Eppendorf Referencia 2 5000 mL	Balanza analítica Eppendorf	4924000100
, AB54-S/FACT	Metter Toledo	N.A.
Microscopio de Fuerza Atómica, Easy scan 2	Nanosurf	N.A.
Sistema de deposición de película delgada por haz de electrones AXXIS	Kurt J. Lesker	N.A.
Espectrofotómetro Cary 60 UV-Vis	Agilent	N.A.
Epoxi conductor, dos partes	Electrónica Microscopy Sciences	12642-14
Pellets de cobre, 99,99% puro	Kurt J. Lesker	EVMCU40EXE
Alambre de cobre, desnudo, 18 AWG	VWR	66248-040
Crisol, grafito E-Beam	Kurt J. Lesker	EVCEB-23
Diamond Scriber	Ted Pella	54484
Cámara EMCCD, ProEM HS: 1024BX3	Teledyne Princeton Instruments	N.A.
Epoxi,	Pegamento Gorila Transparente	N.A.
Cortador de tubos de vidrio	Wheeler-Rex	69012
Tubo de vidrio, borosilicato (OD 0.75", ID 0.62", L 12")	McMaster-Carr	8729K45
Aceite de inmersión, Tipo-F	Microscopio	IMMOIL-F30CC
IX73	Olympus	N.A.
Láser, Excelsior One 642 nm Espacio libre	Spectra-Physics	N.A.
LightField	Teledyne Princeton Instruments	N.A.
MATLAB 2022b	MathWorks	N.A.
Micro cubreobjetos (cubreobjetos), 24 veces; 60 mm Nº 1	VWR	48404-455
Microscopio Adaptador de cámara	para smartphone qhma	QHMC017A-S01
Nile Blue A, puro	Acros Organics	415690100
Nitrógeno, Ultra Puro, Gases	Especiales Comprimidos	N.A.
Objetivo, UPLanXApo 100 veces; Película de poliimida	Olympus	14-910
en aceite, Kapton	3M	16089-4
Fosfato de potasio monobásico	VWR	P285
Potenciostato, 660E	CH Instruments	N.A.
	Alfa Aesar	10956-BS
, Apreo C SEM	Thermo Fischer Scientific	N.A.
Oblea de Si	Ted Pella	16006
Nanopartículas de plata (nanoesferas), NanoXact 0,02 mg/mL en citrato de 2 mM	nanoComposix	AGCN60
Pellets de plata, 99,99% puro	Kurt J. Lesker	EVMAG40EXE-A
Slide Rack, Wash-N-Dry	Diversified Biotech	WSDR-2000
Smartphone, iPhone 13 mini	Apple	N.A.
fosfato de sodio dibásico heptahidratado	VWR	0348
, IsoPlane SCT320	Teledyne Princeton Instruments	N.A.
Limpiadores de pañuelos, ligeros	Pinzas VWR	82003-820
, KS-04	Kaisi Hardware	N.A.
Generador Utrasónico, sweepSONIK	Blackstone-NEY Ultrasonidos	809379
Ultrapurificador de agua, Sartorius Arium mini	Sartorius	N.A.