כאן, הסינתזה של זרעי זהב (Au) מתוארת בשיטת Turkevich. זרעים אלה משמשים לאחר מכן לסנתז ננו-חלקיקים מסגסוגת בדיל זהב (Au-Sn) עם תכונות פלסמוניות מתכווננות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
כאן, הסינתזה של זרעי זהב (Au) מתוארת בשיטת Turkevich. זרעים אלה משמשים לאחר מכן לסנתז ננו-חלקיקים מסגסוגת בדיל זהב (Au-Sn) עם תכונות פלסמוניות מתכווננות.
פרוטוקול זה מתאר את הסינתזה של זרעי ננו-חלקיקי Au ואת היווצרותם לאחר מכן של ננו-חלקיקים דו-מתכתיים Au-Sn. לננו-חלקיקים אלה יש יישומים פוטנציאליים בקטליזה, אופטואלקטרוניקה, הדמיה ואספקת תרופות. בעבר, שיטות לייצור ננו-חלקיקי סגסוגת גוזלות זמן, דורשות תנאי תגובה מורכבים ויכולות להביא לתוצאות לא עקביות. הפרוטוקול המתואר מתאר תחילה סינתזה של זרעי ננו-חלקיקים Au בגודל של כ-13 ננומטר בשיטת טורקביץ'. הפרוטוקול הבא מתאר את הפחתת Sn ושילובו בזרעי Au ליצירת ננו-חלקיקים מסגסוגת Au-Sn. מתואר האפיון האופטי והמבני של ננו-חלקיקים אלה. מבחינה אופטית, תהודה פלסמונית מקומית בולטת על פני השטח (LSPR) ניכרת באמצעות ספקטרוסקופיה נראית UV. מבחינה מבנית, עקיפה של קרני רנטגן אבקה (XRD) משקפת את כל החלקיקים כקטנים מ-20 ננומטר ומראה תבניות עבור Au, Sn ופאזות בין-מתכתיות מרובות של Au-Sn. מורפולוגיה כדורית והתפלגות גודל מתקבלים מהדמיית מיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת (TEM). TEM מגלה כי לאחר שילוב Sn, הננו-חלקיקים גדלים לקוטר של כ-15 ננומטר.
לננו-חלקיקי מתכת פלסמונית 1,2 יש יישומים בקטליזה, אופטואלקטרוניקה, חישה וקיימות בשל יכולתם לקלוט אור ביעילות רבה, לרכז אור לנפחים תת-ננומטריים ולשפר תגובות קטליטיות: 3,4,5. רק מתכות מעטות מציגות תהודה פלסמונית מקומית יעילה (LSPR). ביניהם, אחת המתכות שנחקרו באופן נרחב היא Au3.
Au היא מתכת אצילה נחקרת בהרחבה הידועה בהיווצרות הסגסוגת היציבה שלה עם מתכות אחרות. עם זאת, Au LSPR מוגבל לגלוי ולאינפרא אדום ולא ניתן לכוונן אותו לאנרגיות גבוהות יותר 6,7,8. בינתיים, למתכות שלאחר המעבר יש מגוון תכונות תגובתיות וקטליטיות, מעניינות הנבדלות מהמתכות האצילות 6,9,10. על ידי סגסוגת Au עם מתכות שלאחר המעבר, LSPR יכול להיות מכוון לאנרגיות גבוהות יותר לכיוון UV1. פרוטוקול זה מתמקד בסגסוגת Au-Sn. Sn ידוע סגסוגת בקלות עם מתכות רבות, יכול להיות UV LSPRs, ויש לו יישומים קטליטיים מעניינים, כגון היווצרות חומצה פורמית באמצעות הפחתת פחמן דו חמצני 6,7,8. סגסוגות Au ו- Sn סונתזו באמצעות תהליך זרעים באמצעות הפחתה כימית ודיפוזיה של Sn לתוך הזרעים.
המטרה העיקרית של שיטה זו היא לסנתז סגסוגות ננו-חלקיקים מתכתיים מימיות במהירות (כלומר, תוך מספר שעות) ובאופן שניתן לשכפל על הספסל באמצעות כימיה מימית. בתחילה, זרעי Au מוכנים בשיטת Turkevich11, ואחריה סינתזת דיפוזיה מבוססת זרעים, אסטרטגיה נפוצה בעת יצירת ננו-חלקיקי סגסוגת אקראיים8. יש לציין כי סגסוגת של Sn דורשת זמן קצר יחסית (~ 30 דקות) בסביבה מתונה עם ציוד פשוט בהשוואה לשיטות אחרות 7,8 הדורשות טמפרטורה גבוהה יותר, מכשור ואקום גבוה יותר או ממיסים מסוכנים. תהליך זה יכול להתבצע בתנאים מימיים קלים ללא צורך בבקרות סביבתיות מכבידות. לסגסוגות Au-Sn המתקבלות יש מורפולוגיה, גודל, צורה ותכונות אופטיות עקביות שניתן לשלוט בהן על ידי מניפולציה של תוכן Sn.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הציוד והריאגנטים ששימשו במחקר מפורטים בטבלת החומרים.
1. שיטת סינתזת טורקביץ 'של זרעי ננו-חלקיקי Au מכוסים ציטראט
2. סינתזה של ננו-חלקיקים דו-מתכתיים Au-Sn
3. אפיון אופטי של ננו-חלקיקים דו-מתכתיים פלסמוניים
4. אפיון מבני של ננו-חלקיקים דו-מתכתיים פלסמוניים
5. הדמיה של ננו-חלקיקים דו-מתכתיים פלסמוניים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
איור 1 מציג תוצאות מייצגות עבור זרעי Au וננו-חלקיקים מסגסוגת Au-Sn. בעקבות פרוטוקול סינתזת זרעי Au, נצפה שיא ספיגה א-סימטרי מובהק סביב 517 ננומטר עם מקסימום הכחדה של כ-0.7, המקביל ל-LSPR. שיא הכחול משתנה עם הוספת Sn, בקורלציה עם שינוי צבע אופטי לכאורה במדגם מבורדו לכתום לחום-שזוף. הסטה נוספת לכחול והתרחבות של השיא נצפות עם אחוז מוגבר של Sn נוסף. ה-LSPR maxima הצפוי הוא סביב 514 ננומטר, 502 ננומטר, 475 ננומטר ו-470 ננומטר עבור תוספות של 10%, 20%, 30% ו-40% Sn, בהתאמה. ב-40% Sn הוסיף, ניתן להב...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במחקר זה, זרעי Au הוכנו בשיטת Turkevich11. לגבי מגבלות פרוצדורליות של שיטה זו, יש צורך לבצע הזרקת 480 μL של 100 mM trisodium ציטראט במהירות. אם תמיסת הציטראט מוזרקת לאט, חלקיקים polydisperse עשוי להיווצר עם פיזור גודל גדול. בנוסף, ניקיון כלי הזכוכית יכול להשפיע באופן משמעותי על האיכות והעקביות של זרעי Au. אם כלי זכוכית לא מנוקים היטב לפני השימוש עם אקווה רג'יה, זרעי Au יכולים להצטבר, אשר ניתן לראות חזותית אם צבע סגול נמשך. חשוב לוודא שזרעים אלה מתקררים במלואם לטמפרטורת החדר לפני האפיון.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים כי אין אינטרסים מתחרים.
עבודה זו מתייחסת לפרסי מחלקת הצי N00014-20-1-2858 ו- N00014-22-1-2654 שהונפקו על ידי המשרד למחקר ימי. האפיון נתמך בחלקו על ידי תוכנית מכשור המחקר העיקרי של הקרן הלאומית למדע במסגרת מענק 2216240. עבודה זו נתמכה חלקית גם על ידי אוניברסיטת מסצ'וסטס לואל וחבר העמים של מסצ'וסטס. אנו אסירי תודה למתקני המחקר של UMass Lowell Core.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צינורות מיקרוצנטריפוגה Basix | Fisher Scientific | Cat#02-682-004 | |
| Cary 100 ספקטרופוטומטר גלוי UV | Agilent Technologies | Cat#G9821A; RRID:SCR_019481 | |
| Cary WinUV | Agilent Technologies | https://www.agilent.com/en/product/molecular-spectroscopy/uv-vis-uv-visnir-spectroscopy/uv-vis-uv-vis-nirsoftware/cary-winuv-softwar | |
| קריסטלוגרפיה מסד נתונים פתוח | CrystalEye | RRID: SCR_005874 | http://www.crystallography.net/ |
| Carbon Type-B Grids (200 רשת, 97 ומיקרו; m חורי רשת) | Ted Pella | Cat#01811 | |
| Direct-Q 3 UV-R מערכת טיהור מים | MilliporeSigma | Cat#ZRQSVR300 | |
| Entris Analytical Balance | Sartorius | Cat#ENTRIS64I-1SUS | |
| בקבוק זכוכית עגול תחתון (250 מ"ל) | Fisher Scientific | Cat#FB201250 | |
| בקבוקוני נצנוץ זכוכית | Wheaton | Cat#986548 | |
| חומצה הידרוכלורית (HCl, NF/FCC) | Fisher Scientific | CAS: 7647-01-0, 7732-18-5 | |
| מימן טטרה-כלורואורט (III) trihydrate (HAuCl4· 3H2O, 99.99%) | Alfa Aesar | CAS: 16961-25-4 | נשמר בחומר ייבוש לעקביות של טוהר ויציבות |
| ImageJ | המכון הלאומי לבריאות | RRID: SCR_003070 | |
| https://imagej.nih.gov/ij/download.html Isotemp GPD 10 אמבט מים חמים | Fisher Scientific | Cat#FSGPD10 | |
| Isotemp Hot Plate Stirrer | Fisher Scientific | Cat#SP88857200 | |
| Mili-Q Ultrapure Water (18.2 MΩ-cm) | טיהור מים | ||
| Miniflex X-Ray Diffractometer | Rigaku | RRID:SCR_020451 | |
| https://www.rigaku.com/products/xrd/miniflex דגם 5418 Microcentrifuge | Eppendorf | Cat#022620304 | |
| חומצה חנקתית (HNO3, מאושר ACS Plus) | פישר סיינטיפיק | CAS: 7697-37-2, 7732-18-5 | |
| בקר טמפרטורת הפעלה/כיבוי לחימום מעטפת | פישר סיינטיפיק | חתול#11476289 | |
| Optifit קצות פיפטה מתלה (0.5-200 ומיקרו; L) | Sartorius | Cat # 790200 | |
| Optifit קצות פיפטה מתלה (10-1000 ומיקרו; L) | Sartorius | Cat # 791000 | |
| Philips CM12 120 kV מיקרוסקופ אלקטרונים שידור | פיליפס | RRID: SCR_020411 | |
| פיפטה טאפס (1-10 מ"ל) | USA Scientific | Cat # 1051-0000 | |
| פולי (וינילפירולידון) (PVP; משקל מולקולרי [MW] = 40,000) | אלפא Aesar | CAS: 9003-39-8 | נשמר בחומר ייבוש לעקביות של טוהר ויציבות |
| Practum Precision Balance | Sartorius | Cat# PRACTUM1102-1S | |
| PTFE מוט ערבוב מגנטי (12.7 מ"מ) | Fisher Scientific | Cat#14-513-93 | |
| PTFE מוט ערבוב מגנטי (25.4 מ"מ) | Fisher Scientific | Cat#14-513-94 | |
| Quartz Cuvette (אורך וזמנים; רוחב וזמנים; גובה: 10 מ"מ וזמנים 12.5 מ"מ וזמנים 45 מ"מ) | Fisher Scientific | Cat#14-958-126 | |
| מעטפת חימום תחתונה עגולה 120 V 250 מ"ל | Fisher Scientific | Cat#11-476-004 | |
| SmartLab Studio II | Rigaku | https://www.rigaku.com/products/xrd/studio | |
| נתרן בורוהידריד (NaBH4, 97+%) | Alfa Aesar | CAS: 16940-66-2 | נשמר בחומר ייבוש לעקביות של טוהר ויציבות |
| קצות פיפטה של SureOne ( 0.1-10 ומיקרו; L) | פישר סיינטיפיק | חתול # 02-707-437 | |
| פיפטה מכנית טקטה (P10) | סרטוריוס | חתול # LH-729020 | |
| פיפטה מכנית טקטה (P1000) | סרטוריוס | חתול # LH-729070 | |
| פיפטה מכנית טקטה (P10000) | סרטוריוס | חתול # LH-729090 | |
| פיפטה מכנית טקטה (P20) | סרטוריוס | חתול # LH-729030 | |
| פיפטה מכנית Tacta (P200) | Sartorius | Cat#LH-729060 | |
| פח (IV) כלוריד (SnCl4, 99.99%) | Alfa Aesar | CAS: 7646-78-8 | נשמר במכסה האדים ואטום ב-Parafilm בין השימושים כדי למנוע חשיפה לתנאי הסביבה |
| טריסודיום ציטראט דיהידרט (C6H5Na3O< תת>7· 2H2O, 99%) | Alfa Aesar | CAS: 6132-04-3 | נשמר בחומר ייבוש לעקביות של טוהר ויציבות |
| מחזיק מדגם Si אפס רקע | Rigaku |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.