Articolo metodologico

Monitoraggio dell'elettrochimica su singole nanoparticelle con spettroscopia e microscopia di diffusione Raman potenziate dalla superficie

DOI:

10.3791/65486

⸱

12 maggio 2023

 ,  , 
1Department of Chemistry, University of Louisville

* These authors contributed equally

In questo articolo

Sommario

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Il protocollo descrive come monitorare gli eventi elettrochimici su singole nanoparticelle utilizzando la spettroscopia e l'imaging di scattering Raman potenziati dalla superficie.

Abstract

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Lo studio delle reazioni elettrochimiche su singole nanoparticelle è importante per comprendere le prestazioni eterogenee delle singole nanoparticelle. Questa eterogeneità su scala nanometrica rimane nascosta durante la caratterizzazione mediata dell'insieme delle nanoparticelle. Sono state sviluppate tecniche elettrochimiche per misurare le correnti da singole nanoparticelle, ma non forniscono informazioni sulla struttura e l'identità delle molecole che subiscono reazioni sulla superficie dell'elettrodo. Le tecniche ottiche come la microscopia e la spettroscopia SERS (surface-enhanced Raman scattering) possono rilevare eventi elettrochimici su singole nanoparticelle fornendo contemporaneamente informazioni sulle modalità vibrazionali delle specie di superficie degli elettrodi. In questo articolo, viene dimostrato un protocollo per tracciare la riduzione elettrochimica dell'ossidazione del blu del Nilo (NB) su singole nanoparticelle Ag utilizzando la microscopia e la spettroscopia SERS. In primo luogo, viene descritto un protocollo dettagliato per la fabbricazione di nanoparticelle di Ag su un film Ag liscio e semitrasparente. Un modo plasmone dipolare allineato lungo l'asse ottico è formato tra una singola nanoparticella Ag e un film Ag. L'emissione SERS da NB fissata tra la nanoparticella e il film è accoppiata nella modalità plasmone e l'emissione ad alto angolo viene raccolta da un obiettivo al microscopio per formare un modello di emissione a forma di ciambella. Questi modelli di emissione SERS a forma di ciambella consentono l'identificazione univoca di singole nanoparticelle sul substrato, da cui è possibile raccogliere gli spettri SERS. In questo lavoro, viene fornito un metodo per impiegare il substrato SERS come elettrodo di lavoro in una cella elettrochimica compatibile con un microscopio ottico invertito. Infine, viene mostrato il monitoraggio della riduzione elettrochimica dell'ossidazione delle molecole NB su una singola nanoparticella Ag. La configurazione e il protocollo qui descritti possono essere modificati per studiare varie reazioni elettrochimiche su singole nanoparticelle.

Introduzione

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L'elettrochimica è un'importante scienza di misurazione per studiare il trasferimento di carica, l'accumulo di carica, il trasporto di massa, ecc., Con applicazioni in diverse discipline, tra cui biologia, chimica, fisica e ingegneria 1,2,3,4,5,6,7 . Convenzionalmente, l'elettrochimica comporta misurazioni su un insieme - una vasta collezione di singole entità come molecole, domini cristallini, nanoparticelle e siti superficiali. Tuttavia....

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Protocollo

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1. Preparazione del substrato SERS gap-mode

  1. Pulire i vetrini n. 1 (vedi tabella dei materiali) utilizzando un acetone e un lavaggio ad acqua, come descritto di seguito. Eseguire questo passaggio in una camera bianca per assicurarsi che nessun detrito o altra materia indesiderata si depositi sui vetrini di copertura.
    1. Posizionare i vetrini in un portaslitte. Utilizzare una pinzetta quando si spostano i coperchi/substrati. Posizionare il portascorrimento in un contenitore di vetro e riempirlo con acetone.
      ATTENZIONE: L'acetone è altamente infiammabile e ha potenziali effetti negativi sulla salute. Maneggialo in un'are....

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Risultati

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La figura 2A mostra i substrati a film sottile di Ag preparati utilizzando un sistema di deposizione di metallo a fascio di elettroni. Il substrato "buono" mostrato in Figura 2A ha una copertura omogenea di metallo Ag sopra il vetrino, mentre il substrato "cattivo" ha una copertura non uniforme di Ag. Lo spettro ultravioletto-visibile del film sottile Ag "buono" è mostrato nella Figura 2B, che dimostra che il film è parzialmente tra.......

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Discussione

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Il deposito di pellicole metalliche sottili di Cu e Ag su vetrini puliti è fondamentale per garantire che il film finale abbia una rugosità non superiore a due o quattro strati atomici (o una rugosità quadrata media della radice inferiore o uguale a circa 0,7 nm). Polvere, graffi e detriti presenti sul coprislip prima della deposizione del metallo sono problemi comuni che impediscono la fabbricazione del film liscio necessario per produrre modelli di emissione a forma di ciambella. Pertanto, si consiglia di sonicare i ve.......

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Dichiarazioni

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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Ringraziamenti

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Questo lavoro è stato supportato da fondi iniziali dell'Università di Louisville e finanziamenti da Oak Ridge Associated Universities attraverso un Ralph E. Powe Junior Faculty Enhancement Award. Gli autori ringraziano il Dr. Ki-Hyun Cho per aver creato l'immagine nella Figura 1. La deposizione di metallo e il SEM sono stati eseguiti presso il Micro/Nano Technology Center dell'Università di Louisville.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Acetone, grado microelettronicoJ. T. Baker9005-05
Pipetta regolabile, Eppendorf Reference 2 5000 mLEppendorf4924000100
Bilancia analitica, AB54-S/FACTMetter ToledoN.A.
Microscopio a forza atomica, Easy scan 2NanosurfN.A.
AXXIS Sistema di deposizione di film sottili a fascio di elettroniKurt J. LeskerN.A.
Spettrofotometro UV-Vis Cary 60AgilentN.A.
Resina epossidica conduttiva, in due partiMicroscopia elettronica Sciences12642-14
Pellet di rame, puro al 99,99%Kurt J. LeskerEVMCU40EXE
Filo di rame, nudo, 18 AWGVWR66248-040
Crogiolo, grafite E-BeamKurt J. LeskerEVCEB-23
Graffiatore a diamanteTed Pella54484
Telecamera EMCCD, ProEM HS: 1024BX3Teledyne Princeton InstrumentsN.A.
Epossidica, CollaGorilla TrasparenteN.A.
Tagliatubi in vetroWheeler-Rex69012
Tubo in vetro, borosilicato (OD 0,75", ID 0,62", L 12")McMaster-Carr8729K45
Olio da immersione, tipo FOlympusIMMOIL-F30CC
Microscopio invertito, IX73OlympusN.A.
Laser, Excelsior One 642 nm Spazio liberoSpectra-PhysicsN.A.
LightFieldTeledyne Princeton InstrumentsN.A.
MATLAB 2022bMathWorksN.A.
Micro vetro di copertura (vetrini coprioggetti), 24& 60 mm No. 1VWR48404-455
Microscopio Smartphone Fotocamera AdattatoreqhmaQHMC017A-S01
Nile Blue A,Acros Organics415690100
Azoto, Ultra puro, GasspecialiN.A.
Obiettivo, UPLanXApo 100× Olympus14-910
, potenziostato Kapton3M16089-4
Fosfato di potassio monobasicoVWRP285
, 660E CH InstrumentsN.A.
Filo PtAlfa Aesar10956-BS
Microscopio elettronico a scansione, Apreo C SEMThermo Fischer ScientificN.A.
Si waferTed Pella16006
Nanoparticelle d'argento (nanosfere), NanoXact 0,02 mg/mL in 2 mM citratonanoComposixAGCN60
Pellet d'argento, KurtJ. LeskerEVMAG40EXE-A
Slide Rack, Wash-N-DryDiversified BiotechWSDR-2000
Smartphone, iPhone 13 miniAppleN.A.
VWR0348di fosfato di sodio eptaidrato bibasico
, IsoPlane SCT320Teledyne Princeton InstrumentsN.A.
Tergicristalli per fazzoletti leggeriVWR82003-820
Pinzette, KS-04Kaisi HardwareN.A.
Generatore Utrasonic, sweepSONIKBlackstone-NEY Ultrasonics809379
Ultrapurificatore d'acqua, Sartorius Arium miniSartoriusN.A.
puro compressi Film di poliimmide ad immersione in olio puro al 99,99% Spettrometro

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. O'Mari, O., Vullev, V. I. Electrochemical analysis in charge-transfer science: The devil in the details. Current Opinion in Electrochemistry. 31, 100862(2022).
  2. Forster, R. J. Microelectrodes: New dimensions in electrochemistry. Chemical Socie....

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Single Nanoparticle ElectrochemistrySurface Enhanced Raman ScatteringSERS MicroscopyElectrochemical Oxidation ReductionSilver NanoparticlesGap Mode SERSCyclic VoltammetrySpectroelectrochemistryNile BluePlasmonic Substrate

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