Suivi de l’électrochimie sur des nanoparticules uniques avec la spectroscopie de diffusion Raman améliorée en surface et la microscopie

Summary

Le protocole décrit comment surveiller les événements électrochimiques sur des nanoparticules uniques à l’aide de la spectroscopie de diffusion Raman améliorée en surface et de l’imagerie.

Abstract

L’étude des réactions électrochimiques sur des nanoparticules uniques est importante pour comprendre les performances hétérogènes des nanoparticules individuelles. Cette hétérogénéité à l’échelle nanométrique reste cachée lors de la caractérisation moyenne d’ensemble des nanoparticules. Des techniques électrochimiques ont été développées pour mesurer les courants de nanoparticules uniques, mais ne fournissent pas d’informations sur la structure et l’identité des molécules qui subissent des réactions à la surface de l’électrode. Les techniques optiques telles que la microscopie et la spectroscopie à diffusion Raman améliorée par surface (SERS) peuvent détecter des événements électrochimiques sur des nanoparticules individuelles tout en fournissant simultanément des informations sur les modes vibratoires des espèces de surface des électrodes. Dans cet article, un protocole pour suivre l’oxydoréduction électrochimique du bleu du Nil (NB) sur des nanoparticules Ag simples à l’aide de la microscopie et de la spectroscopie SERS est démontré. Tout d’abord, un protocole détaillé pour la fabrication de nanoparticules d’Ag sur un film d’Ag lisse et semi-transparent est décrit. Un mode plasmon dipolaire aligné le long de l’axe optique est formé entre une seule nanoparticule Ag et un film Ag. L’émission SERS de NB fixée entre la nanoparticule et le film est couplée en mode plasmon, et l’émission à angle élevé est recueillie par un objectif au microscope pour former un motif d’émission en forme de beignet. Ces modèles d’émission SERS en forme de beignet permettent l’identification sans ambiguïté de nanoparticules uniques sur le substrat, à partir desquelles les spectres SERS peuvent être collectés. Dans ce travail, une méthode d’utilisation du substrat SERS comme électrode de travail dans une cellule électrochimique compatible avec un microscope optique inversé est fournie. Enfin, le suivi de l’oxydoréduction électrochimique des molécules NB sur une nanoparticule Ag individuelle est montré. La configuration et le protocole décrits ici peuvent être modifiés pour étudier diverses réactions électrochimiques sur des nanoparticules individuelles.

Introduction

L’électrochimie est une science de mesure importante pour étudier le transfert de charge, le stockage de charge, le transport de masse, etc., avec des applications dans diverses disciplines, y compris la biologie, la chimie, la physique et l’ingénierie 1,2,3,4,5,6,7 . Classiquement, l’électrochimie implique des mesures sur un ensemble - une grande collection d’entités uniques telles que des molécules, des domaines cristallins, des nanopar....

Protocol

1. Préparation du substrat SERS en mode gap

1. Nettoyez les lamelles de couverture no 1 (voir le tableau des matières) à l’aide d’un lavage à l’acétone et à l’eau, comme décrit ci-dessous. Effectuez cette étape dans une salle blanche pour vous assurer qu’aucun débris ou autre matière indésirable n’est déposé sur les lamelles de couverture.
   1. Placez les lamelles de couverture dans un support à glissière. Utilisez une pince à épiler lorsque vous déplacez les lamelles de couverture/substrats. Placez le support à glissière dans un récipient en verre et remplissez-le d’acétone.
      ATTENTION : L’acétone est très inflammable et p....

Results

La figure 2A montre des substrats à couche mince Ag préparés à l’aide d’un système de dépôt de métal par faisceau d’électrons. Le « bon » substrat illustré à la figure 2A a une couverture homogène d’Ag métal sur la lamelle de verre, tandis que le « mauvais » substrat a une couverture non uniforme d’Ag. Le spectre ultraviolet-visible du « bon » film mince d’Ag est illustré à la figure 2B, qui démontre que le film est partiellement tr.......

Discussion

Le dépôt de minces films métalliques Cu et Ag sur des lamelles de recouvrement propres est essentiel pour s’assurer que le film final a une rugosité ne dépassant pas deux à quatre couches atomiques (ou une rugosité carrée moyenne de racine inférieure ou égale à environ 0,7 nm). La poussière, les rayures et les débris présents sur la lamelle de couverture avant le dépôt de métal sont des problèmes courants qui empêchent la fabrication du film lisse nécessaire pour produire des motifs d’émission en forme de beignet. Par co.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acétone, qualité microélectronique	J. T. Baker	9005-05
Pipette réglable, Eppendorf Référence 2 5000 mL	Eppendorf	4924000100
, AB54-S/FACT	Metter Toledo	N.A.
Microscope à force atomique, Easy scan 2	Nanosurf	N.A.
Système de dépôt de couches minces par faisceau d’électrons AXXIS	Kurt J. Lesker	N.A.
Spectrophotomètre UV-Vis Cary 60	Agilent	N.A.
Époxy conducteur, deux parties	Microscopie électronique Sciences	12642-14
Pastilles de cuivre, 99,99 % pur	Kurt J. Lesker	EVMCU40EXE Fil de
cuivre, nu, 18 AWG	VWR	66248-040
Creuset, graphite E-Beam	Kurt J. Lesker	EVCEB-23
Diamant Scriber	Ted Pella	54484
Caméra EMCCD, ProEM HS : 1024BX3	Teledyne Princeton Instruments	N.A.
Epoxy, Colle	Gorilla Transparente	N.A.
Coupe-tube en verre	Wheeler-Rex	69012
Tube en verre, borossilicate (OD 0.75 », ID 0.62 », L 12 »)	McMaster-Carr	8729K45
Huile d’immersion, Type-F	Olympus	IMMOIL-F30CC
Microscope inversé, IX73	Olympus	N.A.
Laser, Excelsior One 642 nm Espace libre	Spectra-Physics	N.A.
LightField	Teledyne Princeton Instruments	N.A.
MATLAB 2022b	MathWorks	N.A.
Micro verre de protection (lamelles), 24& fois ; 60 mm n° 1	VWR	48404-455
Microscope Smartphone Adaptateur	appareil photo qhma	QHMC017A-S01
Nile Blue A, pur	Acros Organics	415690100
Azote, Ultra Pur, Gaz spéciaux comprimés		N.A.
Objectif, UPLanXApo 100&fois ; Immersion dans l’huile	Olympus	14-910
Film polyimide, Kapton	3M	16089-4
Phosphate de potassium monobasique	VWR	P285
Potentiostat, 660E  ;	CH Instruments	N.A.
Pt wire	Alfa Aesar	10956-BS
Microscope électronique à balayage, Apreo C SEM	Thermo Fischer Scientific	N.A.
Siwafer Ted	Pella	16006
Nanoparticules d’argent (nanosphères), NanoXact 0,02 mg/mL dans 2 mM	citrate nanoComposix	AGCN60
Pastilles d’argent, 99,99 % pur	Kurt J. Lesker	EVMAG40EXE-A
Slide Rack, Wash-N-Dry	Diversified Biotech	WSDR-2000
Smartphone, iPhone 13 mini	Apple	N.A.
Phosphate de sodium dibasique heptahydraté	Spectromètre VWR	0348
, IsoPlane SCT320	Teledyne Princeton Instruments	N.A.
Essuie-glaces pour tissus légers  ;	VWR	82003-820
Pince à épiler, KS-04	Kaisi Hardware	N.A.
Générateur utrasique, balayageSONIK	Blackstone-NEY Ultrasonics	809379
Ultrapurificateur d’eau, Sartorius Arium mini	Sartorius	N.A.