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Chemistry

Synthèse, caractérisation et fonctionnalisation des hybrides Au / CdS et Au / ZnS de base / Shell Nanoparticules

Published: March 2, 2016 doi: 10.3791/53383
Automatic Translation
1, 2, 1
1Department of Chemistry, University of North Carolina at Charlotte, 2Nanosys Inc.

Abstract

les nanoparticules sont plasmoniques un matériau intéressant pour les applications de collecte de lumière en raison de leur surface puisse aisément être modifiée, une grande surface spécifique et de grands coefficients d'extinction qui peut être réglé dans le spectre visible. La recherche sur l'amélioration plasmonique des transitions optiques est devenu populaire, en raison de la possibilité de modification et, dans certains cas, l'amélioration des propriétés photo-absorption ou d'émission de chromophores à proximité tels que les colorants moléculaires ou des points quantiques. Le champ électrique du plasmon peut se coupler avec le dipôle d'excitation d'un chromophore, perturbant les états électroniques impliqués dans la transition et conduisant à une augmentation du taux d'absorption et d'émission. Ces améliorations peuvent également être annulés à des distances proches de mécanisme de transfert d'énergie, ce qui rend la disposition spatiale des deux espèces critiques. En fin de compte, l'amélioration de l'efficacité lumineuse de récolte dans les cellules solaires plasmoniques pourrait conduire à plus mince et, par conséquent, des dispositifs à moindre coût. Le développement de particules noyau / enveloppe hybride pourrait offrir une solution à ce problème. L'addition d'une entretoise diélectrique entre un nanoparticules d'or et d'un chromophore de la méthode proposée pour commander la force de couplage excitonique plasmonique et ainsi compenser les pertes et les gains plasmonique. Une procédure détaillée pour le revêtement de nanoparticules d'or avec CdS et ZnS coquilles semi-conducteurs est présentée. Les nanoparticules présentent une grande uniformité avec contrôle de la taille dans les deux particules d'or de base et les espèces de coquillages permettant une enquête plus précise dans le rehaussement plasmonique de chromophores externes.

Introduction

Or et d' argent des nanoparticules ont un potentiel pour les futures avancées technologiques dans une variété d'applications , notamment la photonique, 1 photovoltaïque, 2 catalyse, 3 chimique / détection biologique, 4 imagerie biologique, 5 et la thérapie photodynamique. 6 Sous excitation visible, les électrons de surface peuvent osciller à former une résonance connue sous le nom de résonance plasmonique de surface localisée (SPR), qui peut être utilisé pour concentrer le rayonnement incident dans le spectre visible. Récemment, des nanoparticules de métaux nobles ont été combinés avec des semi - conducteurs ou magnétiques des nanoparticules pour produire des nanoparticules hybrides avec améliorée et accordable fonctionnalité. 7,8 littérature récente, tels que l'étude menée par Ouyang et al. 9 ou Chen et al. 10, a montré la possibilité pour la synthèse de ces particules, mais qu'un contrôle limité dans l'uniformité des espèces hybrides est possible grâce àune distribution de tailles de nanoparticules d'or et aggravée par l'absence de caractérisation optique couplée à la caractérisation physique à chaque étape de la croissance. Zamkov et al. A montré une uniformité similaire dans la formation de la coquille , mais une seule épaisseur de la coque a été utilisé avec différentes tailles de base, avec quelques coquilles ne sont pas complètement formés autour des nanoparticules. Afin d'utiliser efficacement ces nanoparticules, la réponse optique précis doit être connue et caractérisée par une variété d'épaisseurs de coquille. une plus grande précision l'épaisseur de la coque peut être réalisée grâce à l'utilisation de particules d'or, monodisperses aqueux comme matrice, ce qui entraîne un contrôle plus élevé sur les espèces hybrides finals. L'interaction entre le noyau et l'enveloppe peut montrer l'amélioration limitée des taux d'absorption ou d'émission en raison de la faible quantité de matériau semi-conducteur et la proximité au cœur d'or. Au lieu d'interaction entre le semi-conducteur trouvé dans la coquille et la particule d'or, la coque peut être utiliséd comme une entretoise pour limiter la distance entre un chromophore externe. 11 Cela va permettre un contrôle plus élevé sur la séparation spatiale entre le tout plasmonique, niant les conséquences de contact direct avec la surface métallique.

L'étendue de l'interaction électronique entre la résonance plasmonique de surface et excitons produite dans le chromophore est directement corrélée à la distance entre les espèces métalliques et semi - conducteurs, l'environnement de surface et la force de l'interaction. 12 Lorsque les espèces sont séparées par des distances supérieures à 25 nm, les deux états électroniques restent imperturbables et la réponse optique reste inchangé. 13 le régime de couplage fort est dominant lorsque les particules ont un contact plus intime et peut entraîner l'extinction de toute énergie d'excitation par augmentation de la vitesse non radiatif ou transfert Forester Resonance Energy ( FRET). 14,15 manipulation de la force de couplage par e tuningl'espacement e entre le chromophore et le métal nanoparticulaire, peut entraîner des effets positifs. Le coefficient d'extinction nanoparticule peut être des ordres de grandeur plus grande que la plupart des chromophores, permettant aux nanoparticules de se concentrer la lumière incidente beaucoup plus efficace. Utilisant l'efficacité accrue d'excitation de la nanoparticule peut entraîner des taux d'excitation plus élevés dans le chromophore. 12 Couplage du dipôle d'excitation peut également augmenter le taux de la chromophore qui, peut entraîner augmentation du rendement quantique si les taux non radiatifs ne sont pas affectés d' émission. 12 Ceux - ci effets pourraient conduire à des cellules solaires ou des films avec une absorbance accrue, et l' efficacité photovoltaïques, facilitées par l'absorption accrue section transversale de l'or et de la facilité d'extraction de charge de la couche semi - conductrice en raison de l'existence d'états de surface localisés. 12,16 Cette étude permettra également de fournir des informations utiles sur la force de couplage du plasmon comme afOnction de la distance.

Plasmons de surface localisés ont été largement utilisés dans la détection 17 et la détection 18 des applications en raison de la sensibilité de la résonance plasmonique de l'environnement local. Cronin et al., Ont montré l'efficacité catalytique de TiO 2 films peuvent être améliorées en ajoutant des nanoparticules d'or. Des simulations ont montré que cette augmentation de l'activité est due au couplage du champ électrique plasmonique avec des excitons créés dans le TiO2, ce qui augmente par la suite les taux de génération d' excitons. 19 Schmuttenmaer et al., Ont montré que l'efficacité de sensibilisée par un colorant (DSSC) des cellules solaires pourrait être amélioré avec l'incorporation des au / SiO 2 / TiO 2 agrégats. Les agrégats améliorent l'absorption à travers la création de grands modes de plasmons de surface localisés qui augmentent l' absorption optique sur une plus large gamme de fréquences. 20 Dans d' autres documents, Li et al. Observerd réduction significative de la durée de fluorescence ainsi que l' amélioration dépend de la distance dans l' intensité de fluorescence de l' état ​​d' équilibre a été observée par couplage direct d'un seul CdSe / ZnS quantique point et unique nanoparticules d'or. 21 Afin de tirer pleinement parti de cette amélioration plasmonique, il y a un la nécessité d'un couplage physique avec un ensemble distances entre les deux espèces.

Synthèse de nanoparticules hybrides

Jiatiao et al., Décrit une méthode pour matériau semi - conducteur de la couche sur des nanoparticules d'or par le biais d' un échange cationique afin de produire des épaisseurs de coque uniformes et accordables. Les obus étaient une épaisseur uniforme, mais les modèles d'or ne sont pas très monodisperse. Cela modifiera le semi - conducteur ratio or de particule à particule et donc la force de couplage. 9 Une étude approfondie sur les propriétés optiques de ces nanoparticules de coquille de base a été menée, afin de développer une reprodméthode synthétique ucible. Les procédés antérieurs reposent sur la synthèse de nanoparticules à base organique, qui peut produire des échantillons avec de larges résonances de plasmon en raison de manque d'homogénéité de la taille des nanoparticules d'or. Une synthèse aqueuse modifiée de nanoparticules d'or peut fournir un modèle de nanoparticules d'or et reproductible monodispersé avec une stabilité pendant de longues périodes de temps. Le tensioactif chlorure de cétyl triméthyl ammonium aqueuse forme une double couche sur la surface de nanoparticules en raison de l' interaction entre les longues chaînes de carbone de proximité cétyl triméthyl molécules de chlorure d'ammonium. 22 Cette couche de surface épaisse nécessite un lavage soigneux pour éliminer l' excès de tensioactif et permettre l' accès à la surface de nanoparticules , mais peut fournir un contrôle plus élevé sur la taille des nanoparticules et la forme. 23 l'addition aqueuse d'une coquille d'argent peut être contrôlée avec une grande précision conduisant à une corrélation plus intime entre l' épaisseur de la coque et les propriétés optiques. 23 une réduction plus lente via ascorbique acid est utilisée pour déposer l'argent sur la surface d'or, ce qui nécessite l'ajout de sel d'argent d'être très précis afin d'éviter la formation de nanoparticules d'argent dans la solution. La troisième étape nécessite un grand excès de soufre est ajouté en une phase organique et une phase de transfert des nanoparticules aqueuses doit se produire. Avec l' addition de l' oléylamine comme agent coiffant organique et l' acide oléique, qui peut agir à la fois comme un agent de recouvrement et de faciliter le transfert de phase des nanoparticules, uniforme, d' argent amorphe sulfure coquille peut être formée autour des nanoparticules 9,24 La concentration. ces molécules doivent être suffisamment élevées pour empêcher l'agrégation des nanoparticules dans cette étape, mais trop en excès peuvent faire la purification difficile. En présence de tri butylphosphine et un nitrate de métal (Cd, Zn ou Pb), un échange cationique à l'intérieur de l'enveloppe du sulfure amorphe peut être effectuée. Les températures de réaction doivent être modifiées pour les différentes réactive des métaux 9et tout le soufre en excès doit être éliminé afin de réduire la formation de points quantiques individuels. Chaque étape de la synthèse correspond à un changement dans l'environnement de la surface de la nanoparticule, par conséquent, un changement de plasmon doit être observée en raison de la dépendance de la fréquence de plasmon entourant le champ diélectrique. Une étude parallèle de l'absorption optique en fonction de la microscopie électronique à transmission (MET) caractérisation a été utilisée pour caractériser les nanoparticules. Cette procédure de synthèse nous fournira des échantillons bien contrôlées et uniformes, en fournissant une meilleure corrélation des données de microscopie et de spectroscopie.

Couplage avec des fluorophores

L'application d'une couche d'espacement diélectrique entre une surface métallique plasmonique et un fluorophore peut aider à diminuer les pertes dues au transfert d'énergie non radiative des excitons créés dans le métal. Cette couche d'espacement peut également aider à l'étude de la dépendance à la distance entre le fluorophore et lerésonance plasmonique sur la surface métallique. Nous proposons d'utiliser la coque de semi-conducteurs des nanoparticules hybrides que notre couche d'espacement diélectrique. L'épaisseur de la coque peut être réglée avec une précision nanométrique avec des épaisseurs allant de 2 nm à 20 nm permettant des expériences de corrélation de distance précise à mener. La coque peut également être réglé avec Cd, Pb ou des cations Zn et S, Se et Te anions, permettant un contrôle non seulement sur la distance mais aussi la constante diélectrique, arrangement de bande électronique et même les paramètres de réseau cristallin.

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Protocol

1. Synthèse de nanoparticules d'or

  1. Peser le sel d'or dans la boîte à gants et d'ajouter à un flacon préalablement nettoyés avec de l'eau régale avant de le diluer avec de l'eau dans une fiole jaugée. Préparer un mM Gold 1 (III) trihydrate de chlorure (393,83 g / mol) dans 100 ml d'eau pour la solution d'or de stock.
  2. Peser 3,2 g de solide CTAC (320 g / mol) et de la chaleur, dans 25 ml d'eau, à environ 60 ° C pour la dissolution. Laisser refroidir à température ambiante et on dilue le mélange avec 50 ml d'eau dans une fiole jaugée pour préparer un M de chlorure de cétyl triméthyl ammonium 0,2 (CTAC).
  3. Mélanger 20 ml de solution d'or 1 mM et 20 ml de solution 0,2 M CCSAT l'intérieur d'un ballon à fond rond et le lieu d'ébullition dans un bain d'huile réglé à 60 ° C. Laisser mélanger pendant 10 min.
  4. Ajouter 1,7 mg (1: rapport 1 mole) amine borane solide de tert-butyle (86,97 g / mol) à la solution d'or / CTAC et laisser l'agitation pendant 30 min.
    Remarque: Solution devrait devenir rouge profond. La solution résultante a une concentrations d de particules d'orsur d'environ 5 uM et peut être stocké pendant des mois à un moment ou utilisé immédiatement pour la prochaine phase de réaction.

2. Revêtement avec Argent

  1. Utilisez des quantités de réactifs précises pour enrober les nanoparticules avec une coquille d'argent. La coquille fournira le modèle pour la taille et la forme de la coque de semi-conducteurs. des quantités de réactifs précises seront aussi aider à prévenir la nucléation des particules d'argent.
  2. Tout d' abord calculer le volume du noyau, en cm 3, et convertir en masse par particule en utilisant la densité de l' or. Par exemple, pour calculer le volume de base, supposons une nanoparticule sphérique avec un diamètre de 15 nm pour obtenir un volume de 1767,15 nm 3 et ensuite convertir en cm 3 (1,77 x 10 -18 cm 3). Multiplier le volume par la densité de l' or (19,3 cm 3) pour calculer la masse des particules (3,41 x 10 17).
    1. En utilisant 10 ml d'une solution de nanoparticules d'or 5,3 pM, 5,30 x 10 -8 moles de particles sont présents. Multiplier le résultat par la masse molaire donne pour calculer la masse de l' or présent dans la solution (1,04 x 10 -5 g). Diviser la masse d'or dans la solution par la masse par particule pour trouver le nombre de particules d'or présentes (3,06 x 10 11).
    2. Calculer le volume des nanoparticules ayant une épaisseur d'enveloppe de 5 nm, en cm 3 (8,18 x 10 18 cm 3) et de soustraire ce à partir du volume de la nanoparticule de noyau (1,77 x 10 -18 cm 3) pour déterminer le volume de coque (6,41 x 10 -18). Convertir ce volume en masse d'argent en multipliant par le nombre de particules d'or et la densité d'argent (2,33 x 10 -4). épaisseurs Shell dans la gamme de 1-10 nm seront utilisés dans cette étude.
    3. Convertir la masse d'argent aux moles d'argent nécessaires pour un rayon de coque 5 nm (2,33 x 10 -4). De cette valeur, calculer le volume de 4,0 mM de nitrate d'argent 540 pi) solution nécessaire fou la quantité d'or utilisé dans la solution de départ (10 ml).
  3. Préparer une mM AgNO3 4,0 (169,87 g / mol) dans une solution 5 ml d' eau. Dans un bain d'huile à 70 °, mélanger 10 ml de nanoparticules stocks d'or avec de l'acide ascorbique pour faire une solution à 20 mM.
  4. Ajouter la solution d'argent goutte à goutte à la solution de l'or et de l'acide ascorbique et laisser la réaction sous agitation pendant 2 heures.
    Remarque: La réaction devient orange clair (coque plus mince) à l'orange foncé (coquille plus épaisse) au cours de la réaction.
  5. Centrifuger les nanoparticules à 21.130 xg pendant 10 min et redisperser dans de l'eau propre. Décanter le surnageant des nanoparticules sous forme de granulés pour faciliter l'élimination des nanoparticules d'or nues ou des nanoparticules d'argent qui peuvent avoir été formés.

3. Conversion du Shell Silver Sulfure

  1. Peser le soufre élémentaire dans un 200: 1 le rapport molaire de l'argent utilisée dans l'étape précédente de l'expérience. Pour 10 ml de Au / Ag noyau et enveloppeles particules et une enveloppe 5 nm, on dissout 3 ml d'oléylamine et 1,5 ml d'acide oléique dans 10 ml de toluène.
    1. Concentrer les colloïdes d'argent, par l'intermédiaire d'une centrifugation à 21.130 xg pendant 10 minutes et de se disperser dans 1 ml d'eau.
      Remarque: Cette étape permet d'augmenter l'efficacité de l'extraction de la phase aqueuse à la phase organique lors de la formation de la coquille d'argent.
  2. Ajouter les colloïdes, goutte à goutte à la solution de soufre sous agitation pendant 1 h.
    Remarque: La solution devient bleu foncé (coquilles plus minces) de pourpre (coquilles plus épaisses) que la sulfuration va à son terme.
  3. Centrifuger la solution colloïdale à 4000 g pendant 10 min après que la réaction a été agité 2 heures pour éliminer l'eau et le soufre qui n'a pas réagi de la solution. Re-disperser les nanoparticules dans le toluène propre avec sonication, si nécessaire.
    1. Soniquer nanoparticules dans un bain de sonication pendant 30 secondes à 1 minute afin de se disperser dans le toluène.
      Remarque: l'oléylamine ou oléique Excèsl'acide peut tomber hors de la solution et peut être retiré après cette étape par décantation la solution du solide blanc.

4. échange cationique

  1. Rendre le précurseur de métal par dissolution du nitrate métallique dans 1 ml de methanol pour obtenir une solution de 0,2 M Cd (NO 3) ou Zn (NO 3).
    Remarque: une solution 0,8 M peut être utilisée pour des coquilles plus épaisses pour diminuer la quantité de méthanol en solution.
    1. Mélanger la solution métallique avec des nanoparticules de sulfure d'argent décortiquées dans un rapport 1: 1 molaire de l'argent. Chauffer jusqu'à 50 ° C pendant une coquille de cadmium et 65 ° C pour les réservoirs de zinc sous atmosphère d'azote.
  2. Ajouter une phosphine tri-butyle dans un 500: 1 rapport molaire du précurseur métallique. Les temps de réaction sont de 2 h pour le cadmium et 20 h pour le zinc.
  3. Purifier par centrifugation à 21.130 xg pendant 10 min afin d'éliminer toutes les CdS isolées ou nanoparticules ZnS qui peuvent avoir été formés. Disperser le nanopart pastilléicles dans un solvant non polaire pur, tels que l'hexane, le toluène ou le chloroforme.

5. Ligand Exchange à partir de Oleylamine

  1. Mélanger la solution de nanoparticules avec un rapport de 1,5 fois le volume d'éthanol à la solution colloïdale dans du toluène dans un tube de centrifugeuse. Centrifuger à 4000 g pendant 10 minutes pour sédimenter les nanoparticules.
  2. Laver les nanoparticules avec de l'éthanol et centrifugation une fois de plus à collecter les particules solides.
    Remarque: Les particules peuvent être conservées à ce stade, mais l'élimination de l'éthanol est nécessaire pour empêcher l'agrégation.
  3. Liez Ligands avec un groupe de liaison nucléophile à la surface par l'intermédiaire des sites cationiques non liés à la coquille. l'acide 11-mercaptoundécanoïque et de l'acide 3,4-diaminobenzoïque sont des molécules appropriées qui quittent le nanoparticules solubles dans l'eau.
    1. Disperser les nanoparticules dans la solution de ligand en grand excès, la concentration environ 10 fois supérieure à celle des molécules de l'oléate d'origine. Incorporer les particules à température ambiante overnight pour permettre le déplacement de toutes les molécules d'oléate résiduelles.
    2. Centrifuger la solution à 4000 g pendant 10 min. Laver les particules granulées avec du methanol et centrifuger à 4000 g pendant 10 minutes une fois de plus à recueillir les nanoparticules solides.

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Representative Results

Les spectres d'absorption normalisée de nanoparticules d'or avec trois tensioactifs différents sont représentés sur la figure 1. Les agents tensio - actifs utilisés sont l' oléylamine, tétradécyl triméthyl chlorure d'ammonium (TTAC) et cétyle trimetyl chlorure d'ammonium. CCSAT et TTAC tensioactifs montrent plus étroite bande d'absorption de résonance de plasmon.

La quantité d'agent réducteur ne concerne que la FWHM mais la position du pic des solutions de nanoparticules résultantes. Enquête de la figure 2 montre le pic se rétrécissant avec une plus faible quantité d'agent réducteur.

Des traces d'absorbance (figure 3) ont été ajustées avec une gaussienne et la valeur FWHM a été tracée par rapport à l'agent réducteur au rapport de l' or. L'échantillon avec la plus étroite FWHM a été utilisé pour optimiser la synthèse de nanoparticules d'or. A partir de ces données, un rapport de 1: 1 molaire de reducing agent pour l'or produit des particules les plus monodisperses. L'erreur dans la trame est calculée à partir de la déviation de la forme gaussienne aux données.

La synthèse de nanoparticules d'or en utilisant TTAC comme agent tensioactif, produit des particules sphériques ayant un diamètre d'environ 25 nm. Les images montrées sur la figure 4 ont été analysées en utilisant le logiciel ImageJ pour trouver les particules à monocristalline avec un espacement de grille d'un à environ 2,3 Å (valeur de la littérature = 2,355 Å). 22 Les nanoparticules ont montré un écart type de 0,02 nm.

des nanoparticules d'or ayant un diamètre d'environ 16 nm, ont été produits par synthèse avec CATC en tant que tensioactif. Les images de la figure 5 ont été analysées en utilisant le logiciel ImageJ pour trouver les particules à monocristalline avec un espacement de grille d'un à environ 2,3 Å (valeur de la littérature = 2,355 Å).

Les spectres d'absorption des nanoparticules d'or avec des coquilles d' argent d' une épaisseur variable (figure 6) montrent une forte dépendance de la résonance plasmon à la nature de la couverture de surface. Comme les traces vont de plus sombre à bleu plus clair, l'épaisseur des coquilles d'argent augmente. Un décalage vers le bleu du spectre d'environ 60 meV, on observe pour la résonance de plasmons de surface, à partir du pic de l'or caractéristique à 2,38 eV à 3,0 eV autour de la coquille d'argent plus épaisses.

Nous voyons les spectres produits quand des échantillons contenant de l' or et d' argent , des nanoparticules séparées dans varier les rapports de la figure 7. Le décalage vers le bleu de la résonance plasmonique de surface, visible sur la figure 6, est due à un revêtement d' argent , par opposition à la formation de nanoparticules d'argent. La résonance nedéplacer comme dans le cas de la coquille d'argent, mais plutôt augmente ou diminue en intensité selon les espèces est en excès. Lorsque l'argent est en excès la résonance autour de 3,0 eV est plus important tandis que le pic à 2,5 eV est importante lorsque les nanoparticules d'or sont en concentration plus élevée.

images TEM de nanoparticules d'or avec 3 nm (en haut), 5 nm (au milieu), et 7 nm (en bas) rayon coquilles d'argent ont été analysées en utilisant le logiciel ImageJ. Les particules de la Figure 8 sont monocristalline avec un espacement de grille d'environ 2,6 à 2,7 angströms semblable à celle de cfc d' argent (2,5 Â) 25, ainsi que l'absence de particules d'argent isolées. Les nanoparticules d'or intérieures ont également été analysés pour constater que l'espacement est légèrement inférieur à celui des nanoparticules d'or nues avec des valeurs d'environ 2 Å. Cela pourrait être dû à une petite quantité de stress lieu sur les nanoparticules lorsque l'enveloppe est déposée. Globalement, leépaisseur coquille semble uniforme et essentiellement sphérique avec quelques échantillons ayant une coque légèrement asymétrique avec une extrémité allongée. Cet allongement est plus prononcé dans les tailles de coque plus petits, comme les plus grandes épaisseurs coquille semblent être plus uniforme.

La progression du pic plasmonique avec l'ajout d'une enveloppe de sulfure d'argent est représenté. L' analyse du spectre de la figure 9, montre le pic des plasmons rouge décalage avec l' augmentation de la couverture de sulfure d' argent en raison de l'effet de l'indice de réfraction supérieur du sulfure d' argent et de la contribution de la largeur de bande interdite de semi - conducteur.

Le spectre de nanoparticules d'or revêtues d'argent d'absorption présente un pic centré autour plasmonique 400 nm. L' analyse de la figure 10 montre que , après addition de sulfure de sodium dans un mélange 1: 1 molaire équivalent à l'argent dans la coquille, une disparition de toute reso plasmoniquenance se produit.

Un spectre monotone, similaire à la figure 10 est également observé sur la figure 11. L' addition de la solution de sulfure de sodium à une solution colloïdale de particules d'argent. Cela a conduit à l'utilisation d'une source de soufre différent pour la réaction.

Des images de MET de nanoparticules représentées sur la figure 12, ont été analysées en utilisant le logiciel ImageJ pour trouver les particules à être amorphe ou polycristallin. Dans la majorité des nanoparticules, pas de franges de réseau cristallin apparaissent dans la coquille en raison de la nature amorphe, cependant, quelques petites régions de cristallinité n'a été observé avec un espacement de 2,38 Å, ce qui est conforme aux valeurs de la littérature pour monoclinique du sulfure d'argent. En général, l'enveloppe du sulfure d'argent a tendance à être un peu plus grandes que les coquilles d'argent précédents, mais très uniforme et sphérique avec un écart-type de 1,8nm. Les nanoparticules d'or intérieures ont également conservé leur single cristallinité avec un espacement de 3,51 Å. Cette compression continue du réseau d'or soutient la théorie selon laquelle l'augmentation du stress de la coque provoque une compression de la particule d'or.

Le spectre de nanoparticules d'or revêtues de différentes épaisseurs de CdS d'absorbance, la figure 13, montre l'absorbance plasmonique pour CdS mince coquille a large pic centré autour de 2,25 eV. L'absorbance devient essentiellement monotone pour des coquilles plus épaisses avec de larges épaules formant environ 2,5 eV. Ces changements peuvent être attribués au changement dans l'indice de réfraction et de l'environnement diélectrique de la nanoparticule et l'énergie supérieure "des bosses" peut être due à l'absorption directe de la coque de semi-conducteurs.

images TEM analysées en utilisant ImageJ montrent que la coque peut avoir une incidence sur l'espacement de réseau de l'aubergeer particules d' or avec une tendance similaire observée dans la figure 14. La particule d'or intérieure, a conservé son unique cristallinité mais montrent un espacement de réseau étroit d'environ 3.51 Å. Les CdS shell analyse a montré un espacement de 6,00 Å en moyenne, en accord avec la structure cristalline Zinc-Blende. 26 Les coquilles présentent une forte monodispersité à chaque épaisseur et aucune agrégation de la nanoparticule est observée. 27 Quelques nanoparticules ont montré un petit endroit où il semble être un manque de couverture de la coquille. Cela peut être dû à l'incapacité de l'échange de cations pour produire à cette région, en raison du sulfure d'argent cristallin étant dans certaines régions, par opposition aux amorphe. Quelques particules semblent dévier d'une géométrie sphérique avec une largeur légèrement plus grande, le cas échéant structuré après le modèle de sulfure d'argent qui a le plus grand écart des trois espèces fictives.

spectre d'absorption peut être observerd pour les nanoparticules d'or revêtu de 10 nm de ZnS. L' analyse des spectres de la figure 15, montre la résonance est très similaire à la CdS shell , mais avec un pic plasmonique à 2,15 eV, qui est décalée vers le bleu de 100 meV de la coquille de CdS du même diamètre.

La particule d'or interne des nanoparticules enrobées ZnS a conservé son unique cristallinité tout en continuant la tendance d'un espacement légèrement plus étroit d'environ 3.51 Å, vu dans les images TEM représentées sur la figure 16. L'analyse de la coquille ZnS a montré un espacement de 5,31 Å en moyenne, qui est compatible avec la structure cristalline zinc-Blende 26. Les coquilles sont uniformes d'un diamètre moyen d'environ 10 nm. Les coquilles sont beaucoup plus minces que les CdS obus qui est dû à la faible quantité d'électrons dans le Zn plus léger par rapport à Cd. Inhomogénéités se produisent encore sur quelques particules qui pourraient être dues soit à des défauts préexistants dans ee argent enveloppe de sulfure ou le temps de réaction plus longs et des températures plus élevées nécessaires à la réaction d'échange de cations ZnS.

Spectre FTIR de nanoparticules avec de l' acide mercaptoundécanoïque et de l' acide 3,4-diaminobenzoïque peut être observé dans la figure 17. Les molécules se lient par l' intermédiaire du groupe thiol pour l' acide mercaptoundécanoïque (bleu) et les deux groupes amines pour l' acide benzoïque 3,4-diamino (rouge ). Les spectres sont comparés à des nanoparticules avec oléylamine pour confirmer la couverture de surface variable. La principale caractéristique présente pour les particules de oléylamine-capped (noir) est une très vaste étendue de NH située autour de 3450 cm -1. Cela pourrait être dû à un mode d'étirement irrégulier en raison de la proximité des nanoparticules aux protons sur l'atome d'azote d'aminé. Le tronçon de Carbonyle est très importante dans le spectre FTIR pour les particules enrobées d'acide mercaptoundécanoïque mais se trouve autour de 1,550 cm -1. Dans la 3,4-diaminobenzoïque unnanoparticules cid-capped, une petite portion de carbonyle est observé qui est divisé en des bandes , mais la principale caractéristique est l'étirement caractéristique OH qui se produit autour de 3300 cm -1.

Nanoparticules avec un 5 CdS rayon nm coquille et soit oléylamine (noir) ou de l' acide mercaptoundécanoïque (rouge) comme tensioactif sont observées dans la figure 18. Les nanoparticules sont dispersées dans le toluène pour oléylamine et de l' éthanol pour l' acide mercaptoundécanoïque. La résonance de plasmon de surface est presque identique pour les deux ligands avec un léger élargissement et décalage vers le rouge observé pour les nanoparticules d'acide mercaptoundécanoïque plafonnés dans l'éthanol.

Figure 1
Figure 1: spectres d' absorbance de nanoparticules d'or Une comparaison des spectres d'absorption de nanoparticules d'or synthétisés avec CATC (das.ligne hed), TTAC (ligne solide) et l'oléylamine (fines pointillés) tensioactifs en ligne.

Figure 2
Figure 2: Les spectres d' absorbance de nanoparticules d'or synthétisés avec CATC et des rapports variables de charge de tert-butylamine agent réducteur pour le précurseur d' or Les proportions varient de 23: 1. À 1: 1. La trace noire représente 23: 1 ratio d'or et que la quantité d'agent réducteur diminue les traces de changer plus sombre au bleu plus clair.

Figure 3
Figure 3:. Comparaison de la largeur à mi-maximum pris à partir d' une forme gaussienne du spectre de la forme de la raie d'absorption L'axe des abscisses représente le rapport de l'agent réducteur par rapport aux moles de précurseur d'or dans l'échantillon et l'axe des ordonnées est la FWHM de l'ajustement gaussienà la trace d'absorbance.

Figure 4
Figure 4:. Images TEM de synthèse de nanoparticules d'or avec TTAC Les images TEM sont acquises à 200 kV tension d' accélération et la barre d'échelle est de 100 nm.

Figure 5
Figure 5:. Images TEM de synthèse de nanoparticules d'or avec CCSAT Les images TEM sont prises à 200 KV tension acquise et la barre d'échelle est de 10 nm.

Figure 6
Figure 6: Normalisé spectres d' absorption de nanoparticules d'or dispersées dans l' eau ( à l' extrême droite en noir) et différentes épaisseurs de coquille d' argent. épaisseur d'argent augmente de droite à gauche (bla ck bleu clair).

Figure 7
Figure 7:. Les spectres d' absorbance des mélanges d'or et d' argent des nanoparticules à différents ratios La plus grande quantité de particules d' argent est représentée par la courbe de retour et que la quantité de particules d'or augmente, les traces deviennent bleu plus clair.

Figure 8
Figure 8: les images TEM de nanoparticules d'or revêtues de synthèse avec des épaisseurs de coquille d'argent de 3 nm de rayon (en haut); 5 nm de rayon ( au milieu), et 7 rayon nm ( en bas). Les images TEM sont acquises à 200 kV tension d' accélération et les barres d'échelle sont de 20 nm ( en haut) et 10 nm ( au milieu et en bas)

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Figure 9:. Spectres d'absorption Normalized de nanoparticules d'or (noir) avec des coquilles de sulfure d' argent (bleu, vert et rouge) Le plus épais le sulfure d' argent plus la résonance plasmonique.

Figure 10
Figure 10:. Spectres d'absorption Normalized de nanoparticules d'or avec une coquille d'argent et après addition de soufre La trace noire représente les nanoparticules d' or, le bleu est d' or avec une coquille d'argent et la trace rouge est après addition de sulfure de sodium dans un 2: 1 mole rapport à l'argent dans la coquille.

Figure 11
Figure 11: spectres normalisés d'absorption de nanoparticules d'argent avant (rouge) et après (noir) l' addition de sulfure de sodium. ong> Les nanoparticules sont dispersées dans de l'eau pour les expériences d'absorption.

Figure 12
Figure 12:. Images TEM de nanoparticules d'or synthétisées revêtues de coquille de sulfure d'argent avec 5 ( en haut deux images) et 15 épaisseurs nm (image en bas) Les images TEM sont acquises à 200 kV tension d' accélération et les barres d'échelle sont de 50 nm ( en haut) et 5 nm (en bas).

Figure 13
Figure 13: spectres d'absorption Normalisée d'or / CdS nanoparticules. Les nanoparticules d'or sans CdS sont indiquées en rouge. Le CdS coquille plus mince (rayon de 1 nm) est en noir et que l'épaisseur augmente, les traces aller à un bleu plus clair.

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Figure 14:. Images TEM de nanoparticules d'or synthétisées revêtues de CdS SHELL épaisseurs de rayon de 3 nm (en haut), rayon de 5 nm (au milieu), et 7 rayon nm ( en bas) Les images TEM sont acquises à 200 kV tension d' accélération et de l'échelle bars sont 100 nm (en haut), 20 nm (milieu) et 5 nm (en bas).

Figure 15
Figure 15:. Spectres d'absorption Normalized de nanoparticules d'or avec un ZnS coquille de rayon de 5 nm (trace rouge) nanoparticules d' or sans coquille sont représentés en noir. La courbe bleue est le même échantillon de nanoparticules d'or recouverte d'CdS de la même épaisseur.

Figure 16
Figure 16: les images TEM de synthèse nanopartic d'orLes enduits d'une coquille de ZnS ayant une épaisseur de rayon de 5 nm. Les images TEM sont acquises à 200 kV , une tension d' accélération et les barres d'échelle sont 100 nm ( en haut), 10 nm ( en bas).

Figure 17
Figure 17:. Spectres FTIR de nanoparticules avec oléylamine (noir), l' acide mercaptoundécanoïque (bleu), et de l' acide 3,4-diaminobenzoïque (rouge) sont représentés Les spectres FTIR sont prises sur des échantillons solides de nanoparticules séchées.

Figure 18
Figure 18:. Spectres d'absorption Normalized de nanoparticules d'or avec un rayon de 5 nm CdS shell et différents ligands de surface, oléylamine dans de l' acide noir et mercaptoundécanoïque en rouge Les spectres sont acquis dans le toluène (oléylamine) et de l' éthanol (acide mercaptoundécanoïque) solvants respectivement.S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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Discussion

Les nanoparticules d'or

Afin de garantir des nanoparticules de coquille de base de haute qualité, un échantillon monodisperse de nanoparticules d'or doit d' abord être synthétisé comme un modèle. 28,29,30 Nous avons modifié la synthèse de nanoparticules d'or pour produire à longue chaîne tertiaire amines-capped nanoparticules au lieu de plafonné oléylamine- nanoparticules. des nanoparticules oléylamine coiffés montrent une résonance plasmonique relativement étroite, indiquant une plage de tailles monodispersée, mais les particules synthétisées par réduction en utilisant de la tert-butylamine, et en présence des nanoparticules produits à longue chaîne, des amines tertiaires coiffés montrent un pic de résonance sensiblement plus étroite . La variabilité des tailles peut fournir des inexactitudes dans les volumes précurseurs calculés pour les matériaux de l'enveloppe. Afin d'optimiser encore le modèle d'or à partir d'une étude sur l'effet de l'agent réducteur à rapport d'or sur FWHM du spectre d'absorption de la solution d'or colloïdal. La quantité d'agent réducteur égalementsemble affecter la taille des nanoparticules résultantes, les solutions les plus longues longueurs d'onde montrent également une plus grande valeur FWHM indicative d'une distribution à grande taille. La FWHM est directement dépendante du rapport de l'agent réducteur, avec un rapport de 1: 1 montrant la plus petite largeur. Assurer il y a des équivalents stoechiométriques de borane amine tert-butyle et HAuCl4 peuvent fournir un taux de réduction plus stable et produire nucléation avec une distribution de taille étroite. Petite taille observable ou la variation géométrique est replacée dans les échantillons synthétisés avec CATC ou la chaîne carbonée plus courte TTAC, mais les particules TTAC ont un diamètre légèrement plus grand (25 nm), par rapport aux particules enrobées CATC (16 nm) Les images ont été analysées à l'aide logiciel ImageJ pour trouver les particules à être monocristallin avec un espacement de maille d'environ 2,3 Å (valeur de la littérature = 4,07 Å). Les particules sont monodisperses avec un écart-type du diamètre moyen de 0,02 nm pour les échantillons TTAC et un brin champêtrey écart supérieur de 0,4 nm pour les échantillons CCSAT. Il y a un certain chevauchement des particules mais dans l'ensemble, très peu d'agrégation peut être observée. d'éventuels problèmes avec cette méthode réside dans la précision nécessaire à la mesure de l'agent réducteur. Si une concentration trop élevée de l'agent réducteur est utilisé, un échantillon polydispersé sera formé et une concentration trop faible réduira le rendement de la réaction. Ce procédé de synthèse pour la production de nanoparticules d'or peut être étendue à des études sur les effets de la modification de la longueur de la chaîne carbonée. Nos données montrent une dépendance à la taille importante de la longueur de la chaîne. Une différence de 10 nm dans le diamètre des nanoparticules produites est considérée simplement en changeant la chaîne carbonée par deux atomes de carbone.

coquille d'argent

Etant donné que les coquilles d'argent doivent également être transformés en une coquille de sulfure d'argent amorphe dans l'étape suivante, le procédé de synthèse doit être à la fois robuste et reproductible. Il a été montré que les particules enrobées de CATC peuvent fournir une template pour une croissance uniforme d'une nanocubes d'argent due à la formation de particules d'or à la fois {100} et {111} plan cristallin d'orientation et de croissance préférentielle des facettes {111}. Les particules d'or montrent principalement {111} facettes. Cela permet un taux de croissance accélérée pour le dépôt d'argent. Ici, cette méthode a été utilisée pour produire accordables, des coquilles sphériques d'argent sur des noyaux de nanoparticules d'or. Tout d'abord, une série de coquilles avec une épaisseur croissante ont été produites dans le but de surveiller le déplacement de la résonance de plasmon de surface. Un décalage vers le bleu du spectre d'environ 60 meV, on observe pour la résonance de plasmons de surface, à partir du pic de l'or caractéristique à 2,38 eV à 3,0 eV autour de la coquille d'argent plus épaisses. Pour veiller à ce que ce changement ne tient pas à la formation de petites nanoparticules d'argent, des solutions avec des proportions variables d'or et d'argent des nanoparticules sont créées et contrôlées en utilisant les spectres UV-Vis. Observation du changement de plasmon avec un mélange d'or et de nanoparticules d'argent shux que les plasmons ne se déplace pas progressivement vers des énergies plus élevées, mais diminue ou augmente en intensité lorsque le rapport de l'une nanoparticule est modifiée. Si la majorité des nanoparticules d'argent sont présents dans le mélange, que le pic à 3,06 eV est plus important, mais aucun changement dans la position du plasmon de l'or se produit. Lorsque le dépôt d'argent sur la surface d'or se produit, le plasmon or décalage vers le rouge et élargit, jusqu'à ce qu'un deuxième pic d'argent est formé. Enfin, avec une couverture d'argent d'épaisseur, le plasmon d'or est éliminé et seulement un pic de plasmon à 3,06 eV est observée. Les images de TEM ont été analysées en utilisant le logiciel ImageJ pour trouver les particules à être monocristalline avec un espacement de grille d'un Å environ 04/13 à 04/03 similaire à celle de l' argent fcc, 31 ainsi que l'absence de particules d'argent isolées. Les nanoparticules d'or intérieures ont également été analysés pour constater que l'espacement est légèrement inférieur à celui des nanoparticules d'or nues avec des valeurs allant de 3,6 à 4 Å. Cela pourrait être dû àune petite quantité de stress lieu sur les nanoparticules lorsque l'enveloppe est déposée. Globalement, l'épaisseur de la coque semble uniforme et essentiellement sphérique avec quelques échantillons ayant une coque légèrement asymétrique avec une extrémité allongée. Cet allongement est plus prononcé dans les tailles de coque plus petits, comme les plus grandes épaisseurs coquille semblent être plus uniforme. Cette procédure est simple, mais beaucoup de soin doit être pris pour assurer une haute précision dans des quantités de réactifs. La formation de nanoparticules d'argent isolées est possible si une trop forte concentration d'agent réducteur est utilisé ou une trop forte concentration d'ions d'argent. Le tensio-actif sur les particules d'or ne semble pas affecter la formation des coquilles d'argent, mais si la solution colloïdale a été agité l'argent peut être piégé dans les bulles qui se forment sur la surface de la solution, en abaissant la précision des quantités ajoutées . Nanocubes et d'autres formes peuvent également se former si la température de la solution est augmentée.

Argentcoquille de sulfure

Une fois que les solutions colloïdales de Au / Ag nanoparticules à noyau et enveloppe sont synthétisées, l'enveloppe de la nanoparticule peut être ensuite converti en Ag 2 S. Trois voies distinctes pour convertir l'argent, de sulfure d'argent ont été étudiés et caractérisés par spectroscopie d'absorption UV-Vis, afin d'assurer une conversion reproductible et robuste pour une enveloppe de sulfure d'argent amorphe. La résonance plasmon des nanoparticules a été rapporté à décalage vers le rouge avec l' augmentation de l' épaisseur de la coquille en raison de la variation de l'indice de réfraction de l' Ag Ag 2 S et la largeur de bande de sulfure d' argent, qui est d' environ 1,1 eV pour vrac. La première méthode a été utilisée addition goutte à goutte du sulfure de sodium aqueux au mélange colloïdale de colloides Au / Ag. Le sulfure de sodium est une source de soufre qui permettrait pas cher pour que la réaction soit réalisée sans un changement de phase. Le pic plasmon décalage vers le rouge avec une couverture croissante de sulfure d'argent en raison de l'effet de la plus grande i réfractionndex de sulfure d'argent et de la contribution de la largeur de bande de semi-conducteurs. La quantité de sulfure d'argent utilisé est calculée sur la base du nombre de moles d'argent présent dans la coquille. Un phénomène intéressant se produit quand une grande quantité d'ions de soufre, ce qui serait nécessaire pour des coquilles plus épaisses, sont laissés en solution avec des nanoparticules d'or d'argent. Les nanoparticules semblent se dissoudre, observé comme une élimination de toute absorption de Plasmon. Une fois la solution de soufre est ajouté à colloïdes, un large spectre sans relief est observée. Pour étudier plus loin le sulfure de sodium aqueux phénomène est également ajouté à une solution de nanoparticules d'argent. Un précurseur de soufre alternative est thioacétamide, qui a été utilisé comme une source d'ions de soufre dans diverses réactions organiques. Cela peut fournir une source de soufre et moins réactif aqueux fournissant un contrôle plus précis de la coquille et à éliminer la dissolution des nanoparticules en solution. Conversion de colloïdes Au / Ag à Au / Ag 2 S fait ses preuvesmais le même phénomène a été observé en utilisant le thioacétamide comme précurseur de soufre. Ce problème pourrait être évité avec une attention particulière à des quantités de réaction, mais une autre méthode a été utilisée qui a offert un contrôle égal sur sulfuration de la coquille d'argent. Lorsque du soufre élémentaire a été dissous dans une solution de toluène avec de l'acide oléique et l'oléylamine, la coquille d'argent peut être converti en sulfure d'argent avec une passivation oléate. Les nanoparticules ainsi obtenues peuvent ensuite être isolées par centrifugation et redispersées dans l'hexane ou le toluène. Le spectre d'absorption est similaire à ceux représentés sur la figure 9. Les nanoparticules ont ensuite été analysés par MET. En général, l'enveloppe du sulfure d'argent a tendance à être un peu plus grandes que les coquilles d'argent précédents, mais très uniforme et sphérique avec un écart-type de 1,8 nm. Les nanoparticules d'or intérieures ont également conservé leur single cristallinité avec un espacement de 3,51 Å. Cette compression continue du réseau d'or soutient la théorieque l'augmentation du stress de la coquille est à l'origine d'une compression de la particule d'or.

Cadmium Sulfure et Zinc Sulfure shell par échange de cations

Le sulfure d'argent a été ensuite converti en sulfure de cadmium par la méthode de la littérature. 9 L'absorbance devient essentiellement monotone pour des coquilles plus épaisses avec de larges épaules formant environ 2,5 eV. Ces changements peuvent être attribués au changement dans l'indice de réfraction et de l'environnement diélectrique de la nanoparticule et l'énergie supérieure "des bosses" peut être due à l'absorption directe de la coque de semi-conducteurs. Ces changements spectroscopiques peuvent être utilisés pour estimer à peu près l'épaisseur de la coque produite. Les nanoparticules ont été étudiées plus par MET. Les CdS shell analyse l'espacement de 6,00 Å en moyenne, en accord avec la structure cristalline Zinc-Blende montré. Les coquilles présentent une forte monodispersité à chaque épaisseur et aucune agrégation de la nanoparticule est observée. Quelques nanoparticles a montré un petit endroit où il semble y avoir un manque de couverture de la coquille. Cela pourrait être dû à l'incapacité de l'échange de cations pour produire à cette région, en raison du sulfure d'argent cristallin étant dans certaines régions, par opposition aux amorphe. Quelques particules semblent dévier d'une géométrie sphérique avec une largeur légèrement plus grande, le cas échéant structuré après le modèle de sulfure d'argent qui a le plus grand écart des trois espèces fictives. Des changements importants dans l'absorption sont observés après l'échange de cations. Les queues des deux spectre d'absorption commence à augmenter de façon exponentielle à des énergies supérieures à 2,5 eV avec la coquille ZnS montrant à double l'absorption des CdS coquilles. Les nanoparticules ont ensuite été analysées en utilisant TEM. L'analyse de la coquille de ZnS a montré un espacement de 5,31 Å en moyenne, ce qui est cohérent avec la structure cristalline blende. Les coquilles sont uniformes d'un diamètre moyen d'environ 10 nm. Les coquilles sont beaucoup plus minces que les CdS coquilles qui est due la plus faible quantité d'électrons dans le zinc plus léger par rapport au cadmium. Inhomogénéités se produisent encore sur quelques particules qui pourraient être dues soit à des défauts préexistants dans le sulfure coquille d'argent ou le temps de réaction plus long et des températures plus élevées requises pour la réaction d'échange de cations ZnS. Les coquilles peuvent être modifiées à tout groupe II-IV des semi-conducteurs, permettant une enquête plus approfondie des propriétés physiques et optiques en fonction de l'environnement diélectrique local.

ligand Bourse

Fonctionnalisation de la surface extérieure de la coque est réalisée par échange de ligand. FTIR a servi de la technique de caractérisation principale, afin d'identifier les espèces chimiques est présente sur la surface. L'utilisation de groupes de liaison nucléophiles assure une liaison forte à la surface de la coquille qui ne tombent pas au fil du temps. Deux types de groupes fonctionnels différents ont été placés sur les particules, soit un acide carboxylique ou une amine.Les nanoparticules ont été lavées avec du methanol pour éliminer tout excès de ligand présent à la fin de l'échange. Nanoparticules avec l'oléylamine comme ligand de surface sont solubles dans les solvants non polaires tels que le chloroforme, l'hexane ou le toluène. Un échange de ligand complet peut être confirmé par une modification de solubilité dans des solvants polaires tels que l'eau ou l'éthanol. Le spectre d'absorption montre que les particules conservent leur résonance de plasmon, à environ 550 nm pour des nanoparticules avec une enveloppe de 5 nm de CdS. Cet échange de ligand peut être effectuée avec des colorants ou autres chromophore avec des fonctionnalités nucléophiles similaires. Comme avec toutes les procédures d'échange de ligand, une agrégation irréversible est toujours possible et peut être évitée en limitant le nombre des étapes de lavage et de sursaturation de la solution avec le ligand souhaité. Le ligand qui est recherché pour être lié à la surface doit également avoir une plus grande affinité pour la surface des nanoparticules que l'oléylamine natif.

Cette technique fournit une simple modification d'une procédure précédemment développée afin de produire des nanoparticules hybrides de haute qualité. La méthode a été discuté précédemment, cependant, les questions qui pourraient empêcher la reproductibilité, la stabilité et la monodispersité particules, demeurent. Cette étude attentive révèle qu'un échantillon bien caractérisé et monodisperse d'or doit d'abord être utilisé pour garantir des échantillons de haute qualité. Utilisation de CTAC comme tensioactif pour les nanoparticules d'or fournit monodispersité élevée tout en permettant un dépôt facile d'argent avec une précision nanométrique. L'argent peut être déposé sur l'or pour former des coques sphériques avec une plage de 1 à> 20 nm de diamètre et une grande stabilité dans des solutions aqueuses. La coquille d'argent est le modèle pour la conversion en un sulfure d'argent amorphe. Les nanoparticules peuvent ensuite être transférées dans la phase organique après la sulfuration de la coquille d'argent en présence d'un agent tensioactif oléate pour produire une coquille amorphe légèrement plus grande siser que la coquille d'argent précédent. Caractérisation par spectroscopie d'absorption UV-Vis et TEM permet la corrélation du pic Plasmon avec des paramètres physiques de taille. Cette procédure robuste peut également être étendue à d'autres espèces de coquillages tels que le plomb ou le fer ainsi. Cette procédure peut fournir la plate-forme pour une nouvelle génération d'appareils où, au lieu d'avoir à ajouter plusieurs espèces pour optimiser les performances, les espèces de coquillages de base peuvent être adaptés à la place permettant la conception de l'appareil plus facile en réduisant la quantité de matériau nécessaire. Ces particules seront également une plate-forme pour la liaison d'autres matériaux pour l'étude de l'amélioration plasmonique dépendant de la distance avec la couche semi-conductrice servant d'entretoise entre le chromophore et la surface d'or.

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Acknowledgments

Ce matériel est basé sur le travail soutenu par la National Science Foundation sous CHE - 1352507.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
MilliQ Water Millipore Millipore water purification system water with 18 MΩ resistivity was utilized in all experiments
Gold(II) chloride trihydrate Sigma Aldrich 520918 used as gold precursor for nanoparticle synthesis
Cetyl trimethyl ammonium chloride (CTAC) TCI America H0082 used as surfactant for gold nanoparticles
Borane tert butyl amine Sigma Aldrich 180211 used as reducing agent for gold nanoparticles
Silver nitrate Sigma Aldrich 204390 used as silver source for shell application
Ascorbic acid Sigma Aldrich A0278 used as reducing agent for silver shell application
Sulfur powder Acros 199930500 used as sulfur source for silver sulfide shell conversion
Oleylamine Sigma Aldrich O7805 used as surfactant for silver sulfide shell conversion
Oleylamine Sigma Aldrich 364525 used as surfactant for silver sulfide shell conversion
cadmium nitrate tetrahydrate Sigma Aldrich 642405 used as cadmium source for cation exchange
zinc nitrate hexahydrate Fisher Scientific Z45 used as zinc source for cation exchange
11-Mercaptoundecanoic acid Sigma Aldrich 450561 used as water soluable ligand during ligand exchange
3,4-diaminobenzoic acid Sigma Aldrich D12600 used as water soluable ligand during ligand exchange
UV-Vis absorption spectrophotometer Cary 50 Bio used to monitor absorption spectrum of colloidal solutions
JEOL TEM 2100 JEOL 2100 used to analyze size of synthesized nanoparticles. TEM grids were purchased from tedpella
FTIR spectrophotometer Perkin Elmer Spec 100 used to monitor chemical compostion of nanoparticle surface after ligand exchange. 

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References

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Chimie numéro 109 Plasmon nanoparticule les points quantiques amélioration plasmonique les énergies renouvelables porphyrine nanoparticule d'or
Synthèse, caractérisation et fonctionnalisation des hybrides Au / CdS et Au / ZnS de base / Shell Nanoparticules
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Tobias, A., Qing, S., Jones, M. Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles. J. Vis. Exp. (109), e53383, doi:10.3791/53383 (2016).

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