Waiting
로그인 처리 중...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Sıfır değerlikli metal çekirdek Nanopartiküller Üretimi N- (2-aminoetil) -3-aminosilanetriol

Published: February 11, 2016 doi: 10.3791/53507
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1
1Department of Chemistry, William Paterson University

Introduction

talep ve tasarımcı nano artar uygulamaları, böylece sentez çeşitli yöntemler yapmak. Böyle lazer ablasyon veya kimyasal aşındırma olarak "yukarıdan aşağıya" yöntemleri, onların mükemmel kontrol edilebilirlik ve güvenilir alt mikron seviyesine kadar malzeme çözme yeteneği için kullanılmıştır. Bu yöntemler, istenen nano boyutu azaldıkça, tipik olarak üretim maliyetini arttıracaktır ince parçaların işlendikten dökme malzeme kullanır. Buna sentez alternatif bir yöntem moleküler düzeyde sentezini kontrol eder ve istenen nano kurar "aşağıdan yukarıya" yaklaşımıdır. Bu durum, bu nano yapılı malzemelerin 1 nesil istenen öz-montaj, fonksiyonellik, pasiflik ve istikrarına bir kontrol önemli derecede kazandırır. Moleküler seviyede çalışarak, hibrid nanokompozitler aynı birleşik yapılarda olan her iki malzemenin fayda sağlayan oluşturulabiliryeniden.

Nano aşağıdan yukarıya strateji ile sentezlenir gibi yöntemler partikül büyüklüğü, şekli, doku, hidrofobiklik, porozite, ücret ve işlevsellik 2 kontrol istihdam edilmesi gerekir. Metal temel nanopartikül sentezi, başlangıç ​​metal tuzu daha sonra diğer parçacık çekirdeklenmesinin doğrudan sıfır değerlikli parçacıkları üretmek için bir otokatalitik işlemde azalır. Bu kümeleme yol açar ve nihayet nanoparçacık üretimi 3. Oluşturulan nanopartiküllerin büyüklüğü kontrol çözeltiden çökmesini önlemek amacıyla, bu tür ligandlar, yüzey aktif maddeler, iyonik şarj ve büyük polimerler stabilize fazla yığılma 4-10 den nano-tanecikleri bloke etme yetenekleri açısından yararlanılmaktadır. Bu malzemeler nedeniyle büyük grupların varlığı veya sterik iğrenmeyle 3 boyunca, sterik engelleme yoluyla, ya da nanopartiküllerin van der Waals çekimi inhibe eder.

tçalışmaları, silan kullanılarak, çeşitli metal çekirdek nanopartiküllerin üretimi için, basit bir, tek kaplı bir sentetik strateji, N- (2-aminoetil) -3-aminosilanetriol (2-AST) (Şekil 1) sunulmuştur. Bu bileşik üzerinde ligandlar, nispeten yüksek bir etki ile, metal nano-tanecikleri, metal öncülleri azaltılması ve stabilize edebilmektedir. Bu üç silanol yarımları da çapraz bağlama yeteneğine sahip olan ve matris (Şekil 2) olan nanopartiküller ile emprenye organosilan polimerin birbirine ağı oluşturur. Suda mevcudiyetinde hidrolize çok silanlar, farklı olarak, bu bileşik, hidrofobisite amacıyla, stabilite, ve kontrol için yararlı olan su içinde stabilize edilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Not: daha fazla saflaştırılmadan bir üreticiden olduğu gibi tüm reaktifler kullanılır. Reaksiyonlar tamamlandıktan azalma sağlamak için, UV-Vis spektroskopisi yoluyla en fazla bir hafta izlenmiştir. Tüm reaksiyonlar bir havalandırma başlık altında yürütülmektedir ve uygun güvenlik kıyafetleri eldiven, göz gözlük ve laboratuvar kat dahil olmak üzere tüm zamanlarında giyilir.

Gümüş Nanopartiküller 1. Sentezi

  1. 50 ml'lik bir Erlenmeyer şişesi içine doğrudan gümüş nitrat 0.0169 g (0.1 mmol) tartılır.
  2. ultra saf su MQ ve manyetik bir karıştırıcı çubuğu 18.2, 20 ml ekle. buharlaşmasını önlemek için tapa ile şişeyi örtün.
  3. Bir yağ banyosu içinde yer şişe bir karıştırıcısı / hot plate üzerine alan ve bu sıcaklık 60 ° C'de muhafaza edilir sağlar.
  4. Yavaş yavaş hassas bir mikropipet kullanılarak 2-AST 144 ul (0.2 mmol) ekleyin. Tüm silan sağlamak için çözelti içinde gömme pipet birkaç kez çözeltiye aktarılır.
  5. UV-Vis spektroskopisi okumaları alınBölüm 5'de listelenen protokole göre.
  6. 6 saat sonra, yağ banyosundan örneği kaldırmak ve depolama, TEM, FTIR ve daha fazla analiz için 20 ml'lik bir numune şişesine transfer et.
    Not: altın ve paladyum nanopartiküllerinin sentezi 216 ul (0.3 mmol) 2-AST gerektiren altın nanopartiküllerinin dışında aynı yöntem kullanılır ve stokiyometrik miktarda izler. Reaksiyon, 2 hafta boyunca nanopartiküller üretmek için devam edebilir, ancak kuru bir protokol düşünülebilir önemli değildir.

2. Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM) Numune Hazırlama

  1. Bu örnek, oda sıcaklığına kadar soğutuldu sahip olduğundan emin olun.
  2. filtre kağıdı temiz parça üzerine bir 200 C-gözenekli formvar kaplı bakır ızgara yerleştirin.
  3. 1 ml plastik Pasteur pipeti, dökme damla doğrudan ızgara üzerine nanoparçacık numune yaklaşık 60 ul kullanma.
  4. ızgara görüntüleme önce 24 saat kurumasını bekleyin.
  5. aşağıdaki koşullar ile yüksek çözünürlüklü TEM görüntüleri çekmek:10 uA akım ve gerilim 22 hızlanan 100 kV.

3. Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) Numune Hazırlama

Not: oda sıcaklığında NMR gerçekleştirin. Yüksek sıcaklıklarda sinyaller elde edilen spektrumları kalitesini düşüren, hangi kaynasabilir.

  1. Hassas pipet, pipet temiz bir NMR tüpü içine döteryum dioksit (D 2 O) 50 ul kullanma.
  2. temiz başka hassas pipet ile, pipet aynı NMR tüpe nanoparçacık örnek 400 ul.
    1. Örnekler NMR tüpü iç duvarlarına bağlı gibi, yavaş NMR tüpü içine çözüm ekleyin. Örnek uymak yoksa, tüp kap ve alt çözüm zorlamak için tüpün üst sallayın.
  3. NMR tersini tüp defalarca sallayarak tarafından örnek karıştırın.
  4. üretici tarafından sağlanan NMR protokolü tarafından belirlenen yönergeleri izleyerek NMR içine yerleştirin örnek tüpü. 1000 taramaların bir yukarı doğru res için gerekli olabilirBir 1H Proton NMR darbe programında züm.
    Not: NMR tüp duvarları temiz olmalıdır. Borunun dış duvarı önce spektrumları netlik için analize bir mikrofiber veya bezle silinmesi tavsiye edilir.
  5. Bittiğinde örnek atın. Üst çözümüne örnek iade etmeyin.

4. Fourier Infrared (FTIR) Spektroskopisi Numune Hazırlama Transform

  1. Küçük bir cam kap içine nanopartikül örnek 2 ml yerleştirin. Bir 3 mi borusu ya da 1 dirhemlik cam şişe iyi çalışır.
  2. Bir durdurma musluğu takılmış bir vakum kurutucu içinde cam kap yerleştirerek örnekleri kurutun.
  3. Vakum pompası cihazına desikatörde takın. Numunelerin Kurutma vakum gücüne bağlı olarak birkaç saat sürebilir. kapta hiçbir görünür bir sıvı olduğunu sonra düşünün numuneler kurulayın.
  4. Temiz bir spatula ile örnek aşağı Pençe ve katı malzemeler toplamak.
  5. Bir ZnSe cryst ile donatılmış ATR-FTIR spectroscope üzerine katı malzemeyi yerleştirinal diyot lazer.
  6. 4,000-500 cm arasında 32 tarama entegre FTIR spektrumları elde -1 2.0 bir spektral çözünürlükle. Hava arka plan 23 kullanın.

5. UV-Vis Spektroskopisi Numune Hazırlama

  1. doygunluk spektrometre analizi oluşmaz, böylece su nanopartikül örnek bir ila on seyreltme nanopartikül örnekleri üzerinde UV-Vis spektroskopisi yürütün.
  2. Reaksiyon yarım saat aralıklarla çalışırken UV-Vis nanoparçacık örnekleri kaldırın.
  3. hassas bir pipet kullanarak, nanopartikül malzeme 100 ul çıkarın ve bir plastik küvet içine yerleştirin.
  4. Aynı küvete ultra saf su 1 ml ekleyin ve pipet birkaç kez yıkama ile iyice karıştırın.
  5. 250-800 nm arasında rekor UV-Vis absorbans spektrumu.
  6. Analizden sonra, reaksiyona örnek dönmez. uygun bir şekilde analitin imha edin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

nanoparçacık oluşumu her metal nanoparçacık için karakteristik zirveleri üretmek gerektiği gibi reaksiyon UV-Vis spektrometresi ile takip edildi. Sentezlenen malzemelerin son tahlilde TEM ve FTIR ile gerçekleştirildi. FTIR spektrumu örneklerinin kuru toz elde edildi. Partikül büyüklüğü analizi TEM ve ortalama sonuçları ile elde edilen görüntü ile ilgili nanopartikül çapının ölçülmesiyle gerçekleştirilebilmektedir.

2-AST silan ile nanopartiküller kompleks silan ve amin işlevsellikleri için karakteristik tepe noktaları (Şekil 3C, 5C, 6C ve) varlığı ile FTIR ile doğrulanabilir. Literatür Si-O-Si bağlarıyla varlığı bu tepe 20 genişletilmesi 1000 dal cm-1 ve genişletilmiş polimer zincirleri çevresinde güçlü bir enfraruj emilimi üretebilir göstermektedir. 1 aralığında pikleri,550-1,650 cm-1 NH 2 deformasyon atfedilir. Ilımlı NH 2 streç ve NH wag 3,000-2,750 cm -1 ve 910-770 cm -1 sırasıyla 19 görülebilir.

Gümüş nanoparçacık sentezi için başlangıç ​​malzemeleri önceden ısıtılmış bir çözeltiye ilave edildi ve indirgeme tamamlanana kadar reaksiyon izlendi. Ürünün UV-Vis spektroskopisi analizi gümüş yüzey plazmon rezonansı literatür değerleri ardından artan bir tepe yaklaşık olarak 414 nm (Şekil 3A), gümüş nanopartiküller oluşumunu göstermiştir oluşumu 11, 12 nanoparçacıklar. Gümüş konsantrasyonu metal tuzu azaltılması tamamlanana kadar nanopartiküller artmıştır. Reaksiyonun 6 saat sonra, TEM analizi (Şekil 3B) gümüş nanopartikülleri varlığını doğruladı. parçacık büyüklüğü analizi çoğunluğu gösterdinanopartiküller 10 ± 2.3 nm boyutlu aralığında idi. Daha iyi silan bileşiğinin rolünü anlamak için, gümüş nanoparçacık solüsyonunun RT 1H NMR (Şekil 4B) yürütülmüştür. Nanotanecikler amin koordinasyonu 3.40 δ 2.73 arasında yeni tepe yol açtığına inanılmaktadır. Ayrıca, numune, bir yıl sonra yeniden yeniden analiz edildi ve parçacıkların kararlılığını doğrulamak, aynı özellikleri muhafaza.

Altın klorür ile reaksiyon, gümüş nitrat nanoparçacık sentezi ile aynı şekilde gerçekleştirilmiştir. Altın örneklerde, 6 saat (Şekil 5A) boyunca 533 nm aralığında artan bir pik altın 13, 14 nanopartiküller için yüzey plazmon rezonans bandının özelliği olan gözlenmiştir. Parçacık boyutu analizi, ortalama boyutu hesaplanır olmak için yaklaşık 24 ± 5.4 nm diSeçilmiş olan disk çapından (Şekil 5B). Bir 1H-NMR Örnek gümüş (Şekil 4C) ile aynı şekilde, altın numuneler için elde edilmiştir. Oluşturulan altın nanopartiküller ile aminler koordinasyon 2.45-3.26 δ arasında ek bölme zirveleri tarafından görülebilir. Bu örnekler aynı zamanda bir yıl sonra yeniden analiz edildi ve çok iyi bir kolloidal stabiliteye sahip olduğunu göstermiştir İlk örnek, aynı özellikleri koruduğu tespit edilmiştir.

Palladyum nanopartiküller gümüş ve altın reaksiyonlar ile aynı şekilde sentezlenmiştir. Bu özelliksiz spektrumu Pd-nanopartiküllerin üretimi sırasında elde edilen çok iyi bilinmektedir; Yüzey plazmon rezonansı Pd 0 nanopartiküller 15 üretilmektedir (Şekil 6A), 16, 17 UV-Vis spektrometre hiçbir gözlemlenebilir λ maks vardır. Bununla birlikte, TEM görüntü ve partikül ebadı analizi belirtilmedikçeçapı (Şekil 6B) 1.8 ± 0.56 nm büyüklüğünde olduğu paladyum nanopartiküller, sentezlendi. Bir 1H-NMR Örnek mi nanopartiküller (Şekil 4D) ile aynı hazırlama yöntemleri, aşağıdaki Bu örnek hazırlandı. Örneklerde, Pd 0 nanopartiküller ile aminlerin koordinasyonu 2.81-3.26 δ arasında ek tepe ile gözlenebilir.

Şekil 1
Şekil n (2-aminoetil) -3-aminosilanetriol (2-AST) 1. Özellikleri. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

şekil 2
2-AST sentezi Şekil 2. Genel şeması metal n stabilizeanoparticles. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3. Gümüş nanopartiküller. (A) UV-Vis zamanla izlendi 1-10 seyreltme gümüş nanoparçacık reaksiyon karışımının spektral analizi. Gümüş nanoparçacık (B) TEM görüntüleme. (C) FTIR kurutulmuş gümüş nanoparçacık çözümünün. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Şekil 4. NMR Spektrometresi. Çözelti numunenin 1H NMR D 2 O. ( (B) gümüş nanopartikülleri; (C) altın nanopartiküller; (D) paladyum nanopartiküller. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Şekil 5. Altın nanopartiküller. (A) UV-Vis zamanla izlendi 1-10 seyreltme altın nanoparçacık reaksiyon karışımının spektral analizi. Altın nano partiküller (B) TEM görüntüleme. (C) FTIR kurutulmuş altın nanoparçacık çözümünün. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 6, Şekil 6. palladyum Nanopartiküller. (I) UV-Vis paladyum nanopartikül reaksiyon karışımının spektral analizi 1-10 seyreltmede zaman izlenmiştir. (B) paladyum nanopartiküllerin TEM görüntü. (C) FTIR kurutulmuş paladyum nanoparçacık çözümünün. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu yazıda bildirilen tuzlar o metalden test edildi ancak tuzlardır. Bunun bir sonucu olarak, bu reaksiyon, bir strateji metallerin tüm tuzlar, özellikle de altın çalışmak olduğu belirsizdir. bu tuzların su içinde çözünürlüğü, bu reaksiyon süresi, morfoloji ve verimi açısından reaksiyon sonuçlarını etkileyebilir. Tüm reaksiyonlar, silan önceden eritilmiş metal tuzu solüsyonuna ilave edildi.

Bu reaksiyonlar higroskopik veya 18 eriyip olabilir metal tuzları, küçük bir konsantrasyon gerektiren için bakım doğruluğunu sağlamak için alınması gereken dikkati çekiyor. Bu sorun, altın kompleksleri hava duyarlı ve havaya maruz sol ayrışabilir olarak altın klorür nanoparçacık sentezinde yaşandı. Bu hafifletmek için bir çaba olarak, altın klorür tuzu, gerekli olana kadar, bir buzdolabında saklandı ve sonra çıkarılır, hızlı bir şekilde ölçülebilir ve tamamlandığında soğutma döndürüldü. Ayrıca, bir yoğunlaştırıcı olduğuReaksiyon kabı ile kullanılabilir olup, bakım, çözücü fazında buharlaşmaz dikkat edilmelidir. Çözücü olarak kullanılan su, yüksek saflıkta olmalıdır. Solvent ve pH varyasyonları kirlerin nanoparçacık oluşumunu etkileyebilir.

Altın ve gümüş nanopartikülleri üretimi endüstriyel uygulamalarda, bu protokol için de bakması yumuşak reaksiyon koşulları altında gerçekleşir. Bu yöntem, bir yüksek verimlerle, sulu bir ortam içinde bir soy metal nanopartiküller üretmek için izin verir. Bu yöntemin önemli bir avantajı, ek saflaştırma adımları gerekli edilebilir nano-tanecikleri elde edilen izole karmaşık olan herhangi bir ek indirgeyici madde gerektirmez olmasıdır. Protokol, hem de diğer metallere uzanan beklenmektedir. Bu yöntem aynı zamanda parçacıkların sol jel yöntemlerle heterojen kılınabilir bir cadde sağlayabilir.

Ayrıca, malzemelerin en GE dönüştürülebilirDiğer jelleşme ajanları 21 ile kopolimerizasyon yoluyla ls. Araştırma hazırlamak ve bu jelleri analiz etmek zaten sürüyor. Devam eden araştırmalar kazanılabilir heterojen kataliz uygulamaları için ilginç olacak gibi bir nanokompozit üreten yöneliktir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Çakışan mali çıkarları vardır.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol (2-AST) Gelest SIA0590.0 25% in H2O
Silver nitrate Sigma Aldrich S6506
Gold(III) chloride trihydrate Sigma Aldrich 520918
Palladium(II) Nitrate Alfa Aesar 11035
Deuterium Dioxide Cambridge Isotope Laboratories DLM-4-100

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Corriu, R. Organosilicon Chemistry and Nanoscience. J Organomet Chem. 686, 32-41 (2003).
  2. Chou, L. Y., Ming, K., Chan, W. Strategies for the intracellular delivery of nanoparticles. Chem. Soc. Rev. 40 (1), 233-245 (2011).
  3. Richards, R., Bönnemann, H. Synthetic Approaches to Metallic Nanomaterials. Nanofabrication towards Biomedical Applications. , Wiley-VCH. 4-9 (2005).
  4. Bradley, J. Chapter 6, Unit 6.2.2, The Chemistry of Transition Metal Colloids: Synthetic Methods for the Preparation of Colloidal Transition Metals. Clusters and Colloids. Schmid, G. , Wiley-VCH. 469-473 (1994).
  5. Paterer, A., et al. Investigation on the formation of copper zinc tin sulphide nanoparticles from metal salts and dodecanethiol. Mater. Chem. Phys. 149-150, 94-98 (2015).
  6. Yi, D. K., Lee, S. S., Ying, J. Y. Synthesis and Applications of Magnetic Nanocomposite Catalysts. Chem. Mater. 18, 2459-2461 (2006).
  7. Piepenbrock, M. M., Lloyd, G. O., Clarke, N., Steed, J. W. Metal- and Anion-Binding Supramolecular Gels. Chem. Rev. 110, 1960-2004 (2010).
  8. Wu, J. Preparation and Structural Characterization of Novel Nanohybrids by Cationic 3D Silica Nanoparticles Sandwiched between 2D Anionic Montmorillonite Clay through Electrostatic Attraction. J. Phys. Chem. C. 113 (30), 13036-13044 (2009).
  9. Spitalsky, Z. Carbon nanotube-polymer composites: Chemistry, Processing, Mechanical and Electrical Properties. Prog. Polym. Sci. 35, 357-401 (2010).
  10. Link, S., El-Sayed, M. A. Spectral Properties and Relaxation Dynamics of Surface Plasmon Electronic Oscillations in Gold and Silver Nanodots and Nanorods. J. Phys. Chem. B. 103 (40), 8410-8426 (1999).
  11. Fau, P., et al. Monitoring the Coordination of Amine Ligands on Silver Nanoparticles Using NMR and SERS. Langmuir. 31 (4), 1362-1367 (2015).
  12. Patil, H. B., Borse, S. V., Patil, D. R., Patil, U. K., Patil, H. M. Synthesis of silver nanoparticles by microbial method and their characterization. Arch. Phys. Res. 2 (3), 153-158 (2011).
  13. Ghosh, S., Sarma, N., Mandal, M., Kundu, S., Esumi, K., Pal, T. Evolution of gold nanoparticles in micelle by UV-irradiation: A conductometric study. Curr. Sci. 84 (6), 791-795 (2003).
  14. Paul, B., Bhuyan, B., Purkayastha, D. D., Dey, M., Dhar, S. S. Green synthesis of gold nanoparticles using Pogestemon benghalensis (B) O. Ktz leaf extract and studies of their photocatalytic activity in degradation of methylene. Mater. Lett. 148, 37-40 (2015).
  15. Chauhan, B. P. S., Rathore, S. Regioselective Synthesis of Multifunctional Hybrid Polysiloxanes Achieved by Pt-Nanocluster Catalysis. J. Am. Chem. Soc. 127, 5790-5791 (2005).
  16. Chauhan, B. P. S., Rathore, S., Bandoo, T. "Polysiloxane-Pd" Nanocomposites as Recyclable Chemoselective Hydrogenation Catalysts. J. Am. Chem. Soc. 126, 8493-8500 (2004).
  17. Chauhan, B. P. S., Rathore, S., Chauhan, M., Krawicz, A. Synthesis of Polysiloxane Stabilized Palladium Colloids and Evidence of Their Participation in Silaesterification Reactions. J. Am. Chem. Soc. 125, 2876-2877 (2003).
  18. Chauhan, B. P. S., Sardar, R., Tewari, P., Sharma, P. Proceedings of the Third International Workshop on Silicon Containing Polymers, Troy, NY, , 23-25 (2003).
  19. Pouchert, C. J. Non-Aromatic Amines. The Aldrich Library of Infrared Spectra. Pouchert, C. .J. , Aldrich Chemical Company. Wisconsin. (1983).
  20. Arkles, B., et al. Infrared Analysis of Organosilicon Compounds: Spectra-Structure Correlations. Silicon Compounds Register and Review. , (1987).
  21. Corriu, R. J. P. Hypervalent Species of Silicon-structure and Reactivity. J. Organomet. Chem. 400, 81-106 (1990).
  22. Basic Instruction Manual: Hitachi HT7700 TEM. , Tokyo, Japan. 1-28 (2014).
  23. OMNIC User's Guide Version 7.3: Thermo Electron Corporation. , Madison, Wisconsin. 151-216 (2006).

Tags

Kimya Sayı 108 nanokompozit nanopartikül işlevselleştirilmiş nanopartiküller sterik stabilize nanopartiküller kendini düzenlemesi sentezi
Sıfır değerlikli metal çekirdek Nanopartiküller Üretimi N- (2-aminoetil) -3-aminosilanetriol
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Chauhan, B. P. S., Matam, S.,… More

Chauhan, B. P. S., Matam, S., Johnson, Q. R., Patel, A., Moran, K., Onyechi, B. Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol. J. Vis. Exp. (108), e53507, doi:10.3791/53507 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter