合成、キャラクタリゼーション、およびハイブリッドのAu / CdSのとAu / ZnSのコア/シェルナノ粒子の機能化

この手順の全体的な目標は、ワイドバンドギャップ半導体シェルでオーバーコーティングされた金ナノ粒子を調製することです。シェルの材質はカドミウムまたは硫化亜鉛のいずれかであり、厚さは調整可能である必要があります。この技術は、4段階の陽イオン交換技術を使用してシェルを形成することにより、コアとシェルの間の大きな格子ミスマッチを克服します。

この技術の主な利点は、シェルの厚さを優れた制御で高度に単分散する金コアシェルナノ粒子を生成できることです。この技術で生成されたナノ粒子は、広いバンドギャップシェルが相互作用距離の正確な調整を可能にするため、光電子システムの吸収体と結合するプラズモニック要素として使用できます。このように相互作用を調整することで、損失を制限し、吸収または放出のゲインを最大化し、さまざまなアプリケーションに対する励起子プラズモン結合の可能性についての洞察を得ることができます。

金ナノ粒子の合成を開始するには、グローブボックス内で、以前に王水で洗浄したバイアル中の金塩を秤量し、メスフラスコで100ミリリットルの水で希釈します。次に、3.2グラムの固体塩化セチルトリメチルアンモニウム(CTAC)を加え、25ミリリットルの水で摂氏約60度に加熱して溶解します。混合物を室温まで冷却し、メスフラスコ内の水で50ミリリットルに希釈して、0.2モルのCTAC溶液を調製します。

丸底の沸騰フラスコ内に20ミリリットルの1ミリモルの金溶液と20ミリリットルの0.2モルCTAC溶液を混合します。摂氏60度に設定したオイルバスで10分間混合します。次に、1.7ミリグラムの固体ボランtert-ブチルアミンを金CTAC溶液に加え、混合物を30分間攪拌します。

解決策は深い赤に変わるはずです。得られた溶液は、約5マイクロモルの金粒子濃度を有し、一度に数ヶ月間保存することも、反応の次の段階にすぐに使用することもできます。次に、銀溶液を金とアスコルビン酸の溶液に滴下し、反応を2時間攪拌します。

摂氏70度のオイルバスで、10ミリリットルのストック金ナノ粒子をアスコルビン酸と混合して、20ミリモル溶液を作ります。次に、5ミリリットルの水に4.0ミリモルの硝酸銀溶液を準備します。反応は、反応の過程で殻の厚さに応じて、明るいオレンジ色から暗いオレンジ色に変わります。

ナノ粒子を21,130gで10分間遠心分離し、次いできれいな水に再分散させる。ペレット状ナノ粒子から上清をデカントして、形成された可能性のある裸の金ナノ粒子または銀ナノ粒子の除去を助けます。元素硫黄を、実験の前の段階で使用した銀に対して200対1モルの比率で秤量します。

10ミリリットルの金銀コアシェル粒子と5ナノメートルのシェルについて、10ミリリットルのトルエンに、1.5ミリリットルのオレイン酸と3ミリリットルのオレイラミンを溶解します。溶解すると、溶液は淡黄色になります。残留水は、ナノ粒子と遊離浮上分子の両方の溶解性を乱し、金ナノ粒子の不可逆的な凝集につながる可能性があります。

次の精製ステップで水を確実に除去するために、銀コロイドを21、130gで10分間セトリフュージすることにより濃縮します。銀コロイドを1ミリリットルの水に分散させます。これにより、銀シェルの形成時に水層から有機層への抽出効率が向上します。

コロイドを硫黄溶液に滴下し、1時間攪拌します。硫化が完了するにつれて、溶液は薄いシェルの場合は濃い青色に変わり、厚いシェルの場合は紫に変わります。遠心分離する前に、同量の70%エタノールを加えます。

コロイド溶液を 4, 000 gs で 10 分間遠心分離し、反応を 2 時間攪拌した後、溶液から水と未反応の硫黄を除去します。過剰なオレイルアミンまたはオレイン酸は溶液から脱落する可能性があり、このステップの後、白い固体から溶液をデカントすることにより除去できます。必要に応じて、トルエンに分散させるために、浴用ソニケーターで30秒から1分間超音波処理することにより、ナノ粒子を再分散させる。

金属硝酸塩を1ミリリットルのメタノールに溶解して、硝酸カドミウムまたは硝酸亜鉛の0.2モル溶液を作ることにより、金属前駆体を作ります。金属溶液と硫化銀殻のnaonparticlesを銀と1対1のモル比で混合します。窒素雰囲気下で、カドミウム殻の場合は50°C、亜鉛殻の場合は65°Cに加熱します。

次に、トリブチルホスフィンを500対1モル比で金属前駆体に添加します。21,130gで10分間遠心分離して精製し、形成された可能性のある単離された硫化カドミウムまたは硫化亜鉛ナノ粒子を除去します。ペレット化したナノ粒子を、ヘキサン、トルエン、クロロホルムなどのクリーンな非極性溶媒に分散させます。

ここに示されているのは、CTACを界面活性剤として合成した金ナノ粒子の透過型電子顕微鏡、またはTEM像です。ナノ粒子は、直径16ナノメートル、標準偏差0.4ナノメートルの単結晶でした。銀の殻の厚さは、紫外可視吸収分光法で監視できます。

この図では、銀の太さが黒から水色に増加します。金ナノ粒子の表面プラズモンは、銀の殻の厚さが増すにつれて、より高いエネルギーにシフトします。銀の殻を持つ金ナノ粒子のTEM画像を以下に示します。

銀は金のコア上に成長され、その後の半導体シェルのテンプレートを提供します。シェルは半径3〜7ナノメートルに調整されています。次のステップでは、銀でコーティングされたナノ粒子を硫黄で処理して、硫化銀シェルを形成します。

結果として得られるシェルは、以前のシルバーシェルよりもわずかに大きくなる傾向がありますが、分布は均一です。最後に、この例ではカドミウム、または亜鉛を使用して銀イオンを置換し、硫化カドミウムまたは硫化亜鉛の半導体シェルを生成することができます。得られるシェルは、最初のコーティングステップの銀半径に対応する半径を持つ単結晶性です。

このテクニックを習得すると、適切に実行すれば7〜8時間で完了します。この手順を試行する際は、使用前にすべてのガラス器具を王水で適切に洗浄することが重要です。ビデオを見た後、金ナノ粒子の水性粒子をカドミウムまたは硫化亜鉛でコーティングできるはずです。

金ナノ粒子は銀でコーティングされ、銀は硫化銀に変換されます。最後に、銀はカドミウムまたは亜鉛と交換されます。