סינתזה, אפיון, ואת Functionalization של תקליטורים היברידי Au / ו Au / ZnS Core / Shell חלקיקים

המטרה הכוללת של הליך זה היא להכין ננו-חלקיקי זהב המצופים במעטפת מוליכים למחצה עם מרווח פס רחב. חומר הקליפה יכול להיות קדמיום או אבץ גופרתי, והעובי צריך להיות מתכוונן. טכניקה זו מתגברת על חוסר ההתאמה של הסריג הגדול בין הליבה לקליפה על ידי שימוש בטכניקת חילופי קטיונים בת ארבעה שלבים ליצירת הקונכיות.

היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא היכולת לייצר ננו-חלקיקי מעטפת ליבת זהב חד-פיזוריים מאוד עם שליטה מצוינת בעובי המעטפת. הננו-חלקיקים המיוצרים בטכניקה זו יכולים לשמש כאלמנטים פלזמוניים המתחברים לבולמים במערכות אופטו-אלקטרוניות מכיוון שהמעטפת הרחבה מאפשרת כוונון מדויק של מרחקי האינטראקציה. כוונון אינטראקציות בדרך זו מאפשר לנו להגביל הפסדים ולמקסם את רווחי הספיגה או הפליטה ולספק תובנה לגבי הפוטנציאל של צימוד פלזמון אקסיטון למגוון יישומים.

כדי להתחיל בסינתזה של ננו-חלקיקי זהב, עבדו בתא כפפות כדי לשקול מלח זהב בבקבוקון שנוקה בעבר עם אקווה רג'יה לפני דילול ב-100 מיליליטר מים בבקבוק נפחי. לאחר מכן מוסיפים 3.2 גרם של צטילטרימתילאמוניום כלוריד מוצק, או CTAC, ומחממים פנימה 25 מיליליטר מים לכ-60 מעלות צלזיוס לפירוק. מצננים את התערובת לטמפרטורת החדר ומדללים ל -50 מיליליטר במים בבקבוק נפחי להכנת תמיסת CTAC של 0.2 מולאר.

מערבבים 20 מיליליטר של תמיסת זהב מילימולרית אחת ו -20 מיליליטר של תמיסת CTAC 0.2 מולרית בתוך בקבוק רותח עם תחתית עגולה. מניחים לערבב באמבט שמן המוגדר ל-60 מעלות צלזיוס למשך עשר דקות. לאחר מכן הוסיפו 1.7 מיליגרם של טרט-בוטילמין בוראן מוצק לתמיסת ה-CTAC הזהובה, ותנו לתערובת לערבב במשך 30 דקות.

הפתרון צריך להפוך לאדום עמוק. לתמיסה המתקבלת יש ריכוז חלקיקי זהב של כ-5 מיקרומולר, וניתן לאחסן אותה במשך חודשים בכל פעם או להשתמש בה מיד לשלב הבא של התגובה. לאחר מכן, הוסיפו את תמיסת הכסף בטיפה לתמיסת הזהב והחומצה האסקורבית והניחו לתגובה לערבב במשך שעתיים.

באמבט שמן של 70 מעלות צלזיוס, מערבבים 10 מיליליטר של ננו-חלקיקי זהב מלאי עם חומצה אסקורבית ליצירת תמיסה של 20 מילי-מולאר. לאחר מכן, הכינו תמיסת כסף חנקתי בגודל 4.0 מילי-מולרית בחמישה מיליליטר מים. התגובה תהפוך לכתום בהיר לאוראג' כהה בהתאם לעובי הקליפה במהלך התגובה.

צנטריפוגה של הננו-חלקיקים ב-21, 130 גרם למשך עשר דקות, ולאחר מכן מתפזרים מחדש למים נקיים. שפכו את הסופרנטנט מננו-חלקיקים גלוליים כדי לסייע בהסרת ננו-חלקיקי זהב חשופים או ננו-חלקיקי כסף, שייתכן שנוצרו. שקלו גופרית יסודית ביחס של 200 ל-1 מולארי לכסף ששימש בשלב הקודם של הניסוי.

עבור עשרה מיליליטר של חלקיקי מעטפת ליבת כסף זהב ומעטפת של חמישה ננומטר, לעשרה מיליליטר טולואן, ממיסים 1.5 מיליליטר חומצה אולאית ושלושה מיליליטר אולילימין. לאחר המסה, התמיסה צריכה להיות צהובה בהירה. שאריות מים עלולות לשבש את המסיסות הן של הננו-חלקיקים והן של המולקולות החופשיות, מה שעלול להוביל לצבירה בלתי הפיכה של חלקיקי הזהב.

כדי להבטיח את סילוק המים בשלב הטיהור הבא יש לרכז את קולואיד הכסף באמצעות צטריפוגה ב-21, 130 גרם למשך עשר דקות. פזרו את הקולואידים הכסופים במיליליטר אחד של מים. זה עוזר להגביר את יעילות המיצוי מהשכבה המימית לשכבה האורגנית עם היווצרות קליפת הכסף.

מוסיפים את הקולואידים טיפתיים לתמיסת הגופרית תוך ערבוב למשך שעה. התמיסה תהפוך לכחול כהה עבור קליפות דקות יותר, לסגול עבור קליפות עבות יותר, כאשר הגופרית תגיע לסיום. הוסף את אותו נפח של 70 אחוז אתנול לפני הצנטריפוגה.

צנטריפוגה את התמיסה הקולואידית במשקל של 4,000 גרם למשך 10 דקות, לאחר שהתגובה ערבבה במשך שעתיים, כדי להסיר את המים והגופרית הלא מגיבה מהתמיסה. עודף אולילאמין או חומצה אולאית עלול ליפול מהתמיסה וניתן להסיר אותו לאחר שלב זה על ידי סילוק התמיסה מהמוצק הלבן. במידת הצורך יש לפזר מחדש את הננו-חלקיקים על ידי סוניקטור באמבטיה למשך 30 שניות עד דקה על מנת להתפזר לתוך הטולואן.

הכינו את מבשר המתכת על ידי המסת חנקת המתכת למיליליטר אחד של מתנול כדי ליצור תמיסה של 0.2 מולרית של קדמיום חנקתי או אבץ חנקתי. מערבבים את תמיסת המתכת עם חלקיקי הנאונפיס בקליפת כסף-גופרתי ביחס מולארי אחד לאחד עם הכסף. מחממים ל-50 מעלות צלזיוס לקליפת קדמיום, ו-65 מעלות צלזיוס לקליפות אבץ, תחת אטמוספירת חנקן.

לאחר מכן, הוסף טריבוטיל פוספין ביחס של 500 לאחד מולארי למבשר המתכת. יש לטהר באמצעות צנטריפוגה ב-21, 130 גרם למשך עשר דקות על מנת להסיר ננו-חלקיקים מבודדים של קדמיום גופרתי או אבץ גופרתי שאולי נוצרו. פזרו את הננו-חלקיקים הגלולים לממס נקי ולא קוטבי, כגון הקסאן, טולואן או כלורופורם.

מוצגים כאן מיקרוסקופ אלקטרונים הולכה, או תמונות TEM של ננו-חלקיקי זהב המסונתזים עם CTAC כחומר פעילי שטח. הננו-חלקיקים היו גבישיים בודדים בקוטר של 16 ננומטר וסטיית תקן של 0.4 ננומטר. ניתן לנטר את עובי מעטפת הכסף באמצעות ספקטרוסקופיה של ספיגה גלויה אולטרה סגולה.

באיור זה עובי הכסף עולה משחור לתכלת. פלזמון פני השטח של ננו-חלקיקי זהב עובר לאנרגיות גבוהות יותר ככל שעובי קליפת הכסף גדל. תמונות TEM של ננו-חלקיקי זהב עם קליפות כסף מוצגות כאן.

כסף גדל על ליבת הזהב כדי לספק תבנית למעטפת המוליכים למחצה שלאחר מכן. הקונכיות מכוונות ברדיוס של שלושה עד שבעה ננומטרים. בשלב הבא מטפלים בננו-חלקיקים מצופים כסף בגופרית ליצירת מעטפת גופרתית כסף

הקונכיות המתקבלות נוטות להיות מעט גדולות יותר מקונכיות הכסף הקודמות, אך תפוצתן אחידה. לבסוף, ניתן להשתמש בקדמיום, בדוגמה זו, או באבץ כדי להחליף את יוני הכסף ולייצר מעטפת מוליכים למחצה של קדמיום גופרתי או אבץ גופרתי. המעטפת המתקבלת היא גבישית בודדת עם רדיוס המתאים לרדיוס הכסף בשלב הציפוי הראשון.

לאחר שליטה, טכניקה זו יכולה להיעשות תוך שבע עד שמונה שעות אם היא מבוצעת כראוי. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לנקות כראוי את כל כלי הזכוכית עם אקווה רג'יה לפני השימוש. לאחר הצפייה בסרטון, אתה אמור להיות מסוגל לצפות ננו-חלקיקי זהב מימיים בקדמיום או אבץ גופרתי.

ננו-חלקיקי הזהב מצופים בכסף, שהופך לכסף גופרתי. לבסוף, הכסף מוחלף בקדמיום או אבץ.