유기 용매에서 ~12nm 직경의 금 나노 입자 (Au 나노 입자)를 합성하기위한 프로토콜이 제시된다. 금 나노 입자는 응집을 방지하기 위해 올리라민 리간드로 덮여있다. 금 나노 입자는 톨루엔과 같은 유기 용매에서 용해됩니다.
방법 논문
유기 용매에서 ~12nm 직경의 금 나노 입자 (Au 나노 입자)를 합성하기위한 프로토콜이 제시된다. 금 나노 입자는 응집을 방지하기 위해 올리라민 리간드로 덮여있다. 금 나노 입자는 톨루엔과 같은 유기 용매에서 용해됩니다.
직경 ~12nm인 금 나노입자(Au nanoparticles)는 3.0g(3.7mmol)에 테트라클로로우릭산 150 mg(0.15mmol)의 용액을 빠르게 주입하여 합성하였다. 올릴라민(기술등급)과 톨루엔3.0mL의 3.6mL은 톨루엔 147mL에서 올릴라민의 5.1g(6.4mmol, 8.7mL)의 끓는 용액으로 한다. 반응 용액을 2시간 동안 끓이고 혼합하는 동안 반응 혼합물의 색상은 투명에서 밝은 노란색으로, 밝은 분홍색으로, 그리고 천천히 진한 빨간색으로 변경되었습니다. 그 후 열이 꺼졌고 용액은 1시간 동안 실온까지 점차 냉각될 수 있었습니다. 금 나노 입자는 원심분리기를 사용하여 용액으로부터 수집 및 분리하고 세 번 세척하였다. 톨루엔의 10mL 부분에서 금 나노입자를 소용돌이및 분산시키고, 메탄올의 40mL 부분을 추가하고 원심분리기에서 회전시킴으로써 금 나노입자를 침전시킴으로써. 그런 다음 남은 부산물 및 반응되지 않은 시작 재료를 제거하기 위해 용액을 제거했습니다. 진공 환경에서 금 나노 입자를 건조시키는 것은 고체 검은 색 펠릿을 생성; 나중에 사용하기 위해 장시간(최대 1년)동안 저장한 다음 톨루엔과 같은 유기 용매에 재용해질 수 있습니다.
금 나노 입자는 많은 연구 연구 및 응용 프로그램의 대상이 되는 나노 물질의 흥미롭고 유용한 클래스; 생물학1,의학2,나노 기술3,전자 기기4등. 금 나노 입자에 대한 과학적 연구는 마이클 패라데이가 금 나노 입자5의합성 및 특성에 대한 기초 연구를 수행 할 때 1857 년 초로 거슬러 올라갑니다. 금 나노입자를 합성하기 위한 2차 "상향식" 기술은 구연산 감소 방법6,7,8 및 유기 2상 합성 방법9,10이다. "투르키비치" 시트레이트 감소 방법은 직경 20nm 미만의 상당히 단분산된 금 나노입자를 생성하지만 직경 20nm 이상의 금 나노입자에 대한 다각성 증가; 반면 "Brust-Schiffrin" 2상 방법은 유황/티올 리간드 안정화를 사용하여 직경11nm에서최대 ~10nm의 금 나노입자를 생성한다. 이러한 방법을 사용하여 미리 합성되는 금 나노 입자 솔루션은 시판됩니다. 대용량, 고단화도 및 금 나노 입자의 큰 직경이 필요하지 않은 응용 프로그램의 경우, 공급 업체로부터 이러한 사전 합성 금 나노 입자를 구입하고 사용하기에 충분할 수 있습니다. 그러나, 용액에 저장되는 금 나노입자는 상용화된 많은 입자와 같이 시간이 지남에 따라 나노입자가 응집되고 클러스터를 형성하기 시작하면 저하될 수 있다. 대안적으로, 대규모 응용 분야의 경우, 금 나노 입자가 장기간 자주 또는 장기간 사용해야 하는 장기 프로젝트, 또는 금 나노 입자의 단조로움 및 크기에 대한 보다 엄격한 요구 사항이 있는 장기 프로젝트는 금 나노입자 합성 을 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 금 나노입자 합성 공정을 수행함으로써, 생산되는 금 나노입자의 양, 금 나노입자의 직경, 금 나노입자의 단전성, 및 캡핑 리간드로 사용되는 분자와 같은 다양한 합성 파라미터를 잠재적으로 제어할 수 있는 기회를 갖는다. 또한, 이러한 금 나노 입자는 건조한 환경에서 고체 펠릿으로 저장될 수 있어 금 나노 입자를 보존하여 1년 후까지 품질 저하를 최소화할 수 있습니다. 또한 금 나노 입자를 더 많은 부피로 제조한 다음 더 오래 지속되도록 건조한 상태로 저장하여 비용 절감 및 폐기물 감소를 초래할 수 있습니다. 전반적으로, 금 나노 입자 자체합성자체는 상업적으로 이용 가능한 금 나노 입자로는 실현 가능하지 않을 수 있는 강력한 이점을 제공합니다.
금 나노입자 합성으로 가능한 많은 장점을 실현하기 위해, 금 나노입자를 합성하기 위한 공정이 본원에 제시된다. 기재되는 금 나노입자 합성 공정은 히라마츠와오스텔로(12)에의해 개발된 공정의 수정된 버전이다. 금 나노 입자는 전형적으로 이 합성 과정을 사용하여 ~12 nm의 직경으로 합성된다. 금 나노 입자 합성 공정을 수행하는 데 사용되는 1 차 화학 시약은 테트라 클로로아우릭 산 (HAuCl4),올리엘라민 및 톨루엔입니다. 질소 글러브박스는 테트라클로로우릭산이 수분/습도에 민감하기 때문에 금 나노입자 합성 공정에 불활성 건조 환경을 제공하는 데 사용됩니다. 금 나노 입자는 용액에서 응집에서 금 나노 입자를 방지하기 위해 올리라민 리간드 분자로 캡슐화된다. 합성 과정이 끝나면 금 나노 입자는 진공 환경에서 건조되어 나중에 사용하기 위해 건조 상태로 저장및 보존 할 수 있으며 최대 1 년 후에 사용할 수 있습니다. 금 나노 입자를 사용할 준비가되면 톨루엔과 같은 유기 용매의 용액으로 재장매 될 수 있습니다.
화학적 양:
참고: 나노입자 합성에 적합한 화학적 양을 얻으려면, "나노입자 합성" 시트(Osterloh 연구제12조로부터지원 정보의 2페이지)에서 발견된 초기 양을 3로 곱하고, 약간의 수정과 함께 모든 투여량의 양을 3배곱한다. 표 1은 사출 용액, 끓는 용액, 세척/정제 용액 및 금 에트챈트 용액에 필요한 화학적 양을 보여줍니다.
금 나노 입자 합성 공정 에 대한 청소 및 준비 (1 일)
참고: 다음 단계는 합성 과정의 첫 날에 완료될 수 있습니다.
1. 금 나노 입자 합성을 준비하기 전에 확인하고 확인해야 할 것들
주의: 연기 후드를 사용하는 동안 니트릴 장갑, 안전 안경/고글, 실험실 코트 와 같은 개인 보호 장비(PPE)를 착용하는 동안 연기 후드 및 산습 벤치에서 사전 합성 청소 및 준비를 수행하도록 하십시오. 또한 화학 장갑, 화학 가운, 얼굴 방패 및 고글을 착용하는 동안 산성 젖은 벤치를 사용합니다.
2. 화학 반응 유리 제품 청소 (금 나노 입자 합성 전에)
주의: 골드 에트챈트 TFA와 아쿠아 레지아는 부식성입니다. 화학 장갑, 화학 가운, 고글 및 얼굴 방패와 같은 필요한 개인 보호 장비 (PPE)를 착용하십시오. 필요한 PPE를 착용하면서 산성 젖은 벤치에서만 부식성 용액을 처리합니다.
3. 다른 유리 제품 및 합성 소모품을 청소
4. 화학 물질, 유리 제품 및 소모품을 질소 장갑 상자에 전송
금 나노 입자 합성 과정 (2 일)
참고: 다음 단계는 합성 과정의 둘째 날에 완료될 수 있다.
5. 질소 장갑 상자에 화학 반응 유리 제품 및 소모품을 설정하고 청소하십시오.
6. 톨루엔 및 올리엘라민 끓는 용액 준비
주의: 올일라민은 독성이 있고 부식성이 있으므로 신중하게 처리하십시오. 질소 장갑 상자 밖에서 올리엘라민을 처리하는 경우 화학 장갑, 화학 가운, 고글 및 얼굴 방패와 같은 필요한 개인 보호 장비 (PPE)를 착용하십시오. 질소 장갑 상자 안에 올리엘라민을 처리하는 경우, 새로운 / 깨끗한 XL 니트릴 장갑으로 장갑 상자 장갑을 커버해야합니다. 실수로 올리엘라민을 흘리지 않도록 주의하십시오. 일부 클린룸 와이프는 작은 유출을 흡수하는 데 도움이 장갑 상자 내부의 실험실 벤치 표면에 내려 놓을 수 있습니다.
7. 테트라클로로우릭 산, 올리엘라민 및 톨루엔 주입 솔루션 준비
8. 테트라클로로우릭 산, 올리엘라민 및 톨루엔 용액을 선박에 주입
9. 금 나노 입자 용액을 냉각 한 후 메탄올로 반응을 담금질
10. 톨루엔과 메탄올로 금 나노입자를 세척하고 정화
참고: 금 나노입자가 있는 각 50mL 원심분리기 튜브는 톨루엔 10mL, 메탄올 40mL로 세척및 정제되어 한 번에 6원심분리기 튜브를 배치하여 금 나노입자를 세척합니다. 원심분리기 튜브는 동일한 양의 금 나노 입자 용액을 가져야하며 동등하게 가중치를 가지고 균형을 이루어야합니다.
11. 금 나노 입자 건조
참고: 50mL 원심분리기 튜브내의 금 나노입자가 3회 분리된 후, 톨루엔과 메탄올이 마지막으로 쏟아져 나간 후, 금 나노입자는 남은 용매를 증발시키기 위해 건조될 필요가 있다. 금 나노 입자를 건조하고 용매를 증발하는 두 가지 방법이 있습니다 :
12. 화학 반응 유리 제품 청소 (골드 나노 입자 합성 후)
주의: 골드 에트챈트 TFA와 아쿠아 레지아는 부식성입니다. 화학 장갑, 화학 가운, 고글 및 얼굴 방패와 같은 필요한 개인 보호 장비 (PPE)를 착용하십시오. 필요한 PPE를 착용하면서 산성 젖은 벤치에서만 부식성 용액을 처리합니다.
도 1은 금 나노입자 합성 화학 반응 혼합물 용액(테트라클로로리산, 올리엘라민 및 톨루엔)이 반응 용기에서 처음 끓는 동안 몇 분 동안 점차 적으로 색을 변화시켜야 하는지를 보여줍니다. 선명함에서 밝은 노란색(왼쪽 이미지), 라이트 핑크(가운데 이미지), 라이트 레드(오른쪽 이미지)까지. 용액의 변화하는 색상은 시간이 지남에 따라 핵을 형성하고 더 크게 성장하기 시작하면서 금 나노 입자의 변화하는 크기의 표시입니다. 일반적으로 금 나노 입자 용액은 금 나노 입자가 핵을 형성하고 성장함에 따라 시간이 지남에 따라 더 어둡고 빨간색 / 보라색이되어야합니다. 도 2는 2시간 의 끓는 후 금 나노입자 합성 화학 반응 혼합물용액의 최종 진한 빨간색/보라색색을 나타낸다. 금 나노 입자 용액의 어두운 빨간색 / 보라색 색상은 직경 ~ 12 nm인 금 나노 입자의 농축 용액의 특징입니다. 도 3은 금 나노입자의 크기와 단백성을 특성화하는 데 사용되는 금 나노입자 단층(실리콘 기판에 증착된 후)의 스캐닝 전자 현미경(SEM) 이미지를 나타낸다. 금 나노 입자는 모두 매우 단색 분산된 경우 거의 동일한 크기/직경을 갖는 것처럼 보일 것입니다. 금 나노 입자가 다분산인 경우 크기 /직경에 큰 변화가 있습니다. 대부분의 응용 분야에서 단화성은 일반적으로 다분산성이 아닌 선호됩니다. 도 4는 금 나노 입자의 스캐닝 전자 현미경 (SEM) 이미지와 금 나노 입자에 대한 2 nm ±의 직경을 나타내는 직경 측정을 나타낸다. 이 금 나노 입자는 상당히 단분산 된 것으로 보인다.
| 솔루션 유형 | 항목 번호 | 화학 물질의 양 및 종류 | 댓글/설명 |
| 주사 | 1 | 150 mg의 테트라클로로아우리산 (HAuCl4)(0.15 mmol) | 반응 용기에 주입하기 위한 |
| 2 | 올릴라민 3.0g(3.7mmol, 3.6mL) | ||
| 3 | 톨루엔 3.0mL | ||
| 비등 | 1 | 올릴라민 5.1g(6.4mmol, 8.7mL) | 반응 용기에 끓는 경우 |
| 2 | 톨루엔 147mL | ||
| 세척/정화 | 1 | 톨루엔 10mL (x3 헤이세)(x12 튜브) = 톨루엔 360mL | 금 나노 입자를 세척 /정화용 |
| 2 | 메탄올 40mL (x3 세세스) (x12 튜브) = 메탄올 1.44 L | ||
| 골드 에트찬트 | 1 | 금 에트 트파의 150 mL [또는 아쿠아 레지아] | 화학 반응 유리 제품 / 소모품을 청소하기위한 |
| 2 | 150mL의 디온화(DI) 물 |
표 1: 화학적 양 이 표는 사출 용액, 끓는 용액, 세척 /정제 용액 및 금 에트찬 액액을 준비하는 데 필요한 화학 물질의 양과 유형을 보여줍니다.
보충 도 1: 골드 Etchant TFA 솔루션으로 화학 반응 유리 제품을 청소. 이 그림은 화학 반응 유리제품(콘덴서 튜브, 반응 용기, 유리 파이펫) 및 자기 교반바를 -300mL 혼합물로 세척하고 금에텐트 TFA 용액의 ~150mL및 -150mL의 DI 워터(1:1 혼합물)를 콘덴서 튜브 및 반응 용기 유리기에서 나타낸다. 마그네틱 교반 바와 긴 유리 졸업 파이펫은 콘덴서 튜브에 배치되며, 금에탕TFA 목욕은 산성 젖은 벤치에서 30 분 동안 유리 제품을 앉아서 청소해야합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보조 그림 2: 질소 장갑 상자로 전송되기 전에 깨끗한 유리 제품 및 소모품. 이 그림은 세척 및 건조 후 유리 제품 및 공급을 보여줍니다. 유리 제품 및 소모품은 알루미늄 호일로 포장/덮여 서 먼지/이물질로부터 보호한 후 질소 장갑 상자로 옮겨져 있습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 도 3: 질소 장갑 상자에 금 나노 입자 합성 실험 설정. 이 그림은 질소 장갑 상자에 금 나노 입자 합성 실험 설정을 나타낸다. 유리 반응 용기는 히터/교반기 위에 유리 유리 메쉬 리셉터클 위에 놓여 있으며, 응축기 튜브는 유리 반응 용기 위에 연결됩니다. 응축기 튜브는 클램프가 있는 스탠드에 의해 기계적으로 지지됩니다. 응축기 튜브의 물 입구및 출구 포트에 연결된 두 개의 호스(튜브 의 바닥에 입구 포트, 튜브 상단의 출구 포트)가 있어 응축기 튜브의 바닥에서 응축기 튜브의 맨 위로 물이 흐르고 튜브를 냉각시키고 내부의 증기를 응축시합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 도4: 주입 하기 전에 테트라 클로로아우릭 산, 올리엘라민 및 톨루엔 용액을 혼합. 이 수치는 PTFE 라이닝 캡이 있는 비수성 용액 20mL 유리 유리 바이알에서 혼합된 후 테트라클로로우릭 산, 올리엘라민 및 톨루엔 주입 용액을 나타낸다. 사출 솔루션 은 흔들고 혼합 한 후 어두운 빨간색 또는 보라색을 볼 수 있어야합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
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보충 도 7: 원심 분리 후 50 mL 원심 분리기 튜브, 하단에 골드 나노 입자 펠릿. 이 수치는 원심분리 후 50mL 원심분리기 튜브에 금 나노입자 용액이 어떻게 나타나는지 보여주며, 금 나노입자는 각 원심분리기 튜브의 바닥에 있는 어두운 금 나노입자 펠릿으로 수집된다. 어두운 금 나노 입자 펠릿 위에, 상피 메탄올 / 톨루엔 용액은 원심 분리가 용액에서 금 나노 입자를 침전했다는 것을 나타내는 명확하고 투명한 것으로 보인다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 도면 8: Toluene의 ~10 mL로 충전 한 후 Au NPs와 50 mL 원심 분리기 튜브를 소용돌이. 이 수치는 금 나노 입자 용액과 톨루엔이 소용돌이및 재중단되는 원심분리기 튜브를 보여줍니다. 금 나노 입자를 초음파 화하는 것보다 금 나노 입자에 소용돌이가 훨씬 더 부드럽고 부드럽습니다. 금 나노 입자는 초음파 처리금 나노 입자에서 올리라민 리간드를 제거하고 금 나노 입자의 응집 및 침전을 일으킬 수 있기 때문에 초음파 처리해서는 안됩니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 도 9: 금 나노 입자 펠릿/ 잔류물이 거의 완전히 재중단 될 때까지 소용돌이. 이 수치는 금 나노 입자가 톨루엔의 ~ 10mL로 각 금 나노 입자 펠릿을 소용돌이시켜 용액으로 재질될 때 금 나노 입자 용액이 어떻게 나타나는지 보여줍니다. 50mL 원심분리기 튜브는 검은 액체/침전/금 나노입자가 톨루엔에 재주리및 분산될 때까지 소용돌이쳐야 하며, 용액은 흐리고 어둡게 보입니다. 원심분리기 튜브의 바닥은 거의 전부 또는 대부분의 검은 나노 입자 잔류물이 용액으로 재중단되었는지 확인하기 위해 검사되어야 합니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 도 10: 말린 금 나노 입자 펠릿 50 mL 원심 분리 튜브. 이 그림은 50mL 원심분리기 튜브의 바닥에 말린 금 나노 입자 펠릿이 진공 건조 후 어떻게 보아야 하는지 보여줍니다. 50mL 원심분리기 튜브내의 금 나노입자가 3회 세척된 후, 톨루엔과 메탄올이 마지막으로 쏟아져 나간 후, 금 나노입자는 나머지 용매를 증발시키기 위해 건조될 필요가 있다. 진공 건조는 질소 건 건조와 같은 보다 공격적인 방법에 비해 금 나노 입자 펠릿을 손상시키거나 잃을 가능성이 적기 때문에 건조가 바람직한 방법입니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 도1 11: 캡 튜브, 실험실 필름, 라벨 튜브랩, 2°C - 8°C 냉장고에 저장. 이 그림은 실험실 필름으로 감싸고 라벨을 부착하고 2 °C - 8 ° C 냉장고에 저장한 원심분리기 튜브를 보여줍니다. 금 나노 입자 침전 펠릿을 가진 50 mL 원심분리기 튜브는 이름, 샘플 번호 및 날짜와 같은 적절하게 설명 된 라벨로 표시되어야합니다. 트레이 또는 50mL 원심분리기 튜브 랙을 사용하여 냉장고에 튜브를 똑바로 고정할 수 있습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

그림 1: 금 나노 입자 솔루션 주입 후 몇 분 동안 색상을 변경합니다. 이 수치는 금 나노입자 합성 화학 반응 혼합물 용액(테트라클로로우릭산, 올리엘라민 및 톨루엔)이 처음에 반응 용기에서 끓어오르면서 몇 분 동안 점차 색을 변화시켜야 하는지 를 보여줍니다. 선명함에서 밝은 노란색(왼쪽 이미지), 라이트 핑크(가운데 이미지), 라이트 레드(오른쪽 이미지)까지. 용액의 변화하는 색상은 시간이 지남에 따라 핵을 형성하고 더 크게 성장하기 시작하면서 금 나노 입자의 변화하는 크기의 표시입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 금 나노 입자 용액은 끓는 2 시간 후 어두운 빨간색 / 보라색입니다. 이 그림은 반응 용기에서 2시간 동안 끓인 후 금 나노입자 합성 화학 반응 혼합물용액의 최종 진한 빨간색/보라색 색을 나타낸다. 금 나노 입자 용액의 어두운 빨간색 / 보라색 색상은 직경 ~ 12 nm인 금 나노 입자의 농축 용액의 특징입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 금 나노 입자 단층의 전자 현미경 (SEM) 이미지를 스캔합니다. 이 수치는 금 나노 입자 단층의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지를 보여줍니다 (실리콘 기판에 증착 된 후) 이는 금 나노 입자의 크기와 단색을 특성화하는 데 사용된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 금 나노 입자 직경 측정과 전자 현미경 (SEM) 이미지를 스캔합니다. 이 그림은 금 나노 입자의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지와 금 나노 입자에 대한 직경 ~12 nm +/- 2 nm의 직경을 나타낸다는 것을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
위에 제시된 금 나노입자 합성 프로토콜을 수행하면 ~12nm 직경과 상당히 높은 단전도(± 2nm)를 가진 금 나노입자를 생성해야 한다. 그러나, 잠재적으로 금 나노 입자의 크기 / 직경 및 단전성 / 다분산성을 변경하도록 조정할 수있는 몇 가지 중요한 단계 및 공정 매개 변수가 있습니다. 예를 들어, 전구체 용액을 반응 용기에 주입하고 테트라클로로우리산, 올리엘라민 및 톨루엔 용액이 2시간 동안 끓도록 허용한 후, 반응 용액의 즉각적인 담금질을 하거나 지연된 담금질 및 자연 냉각을 할 수 있는 옵션이 있다. 즉각적인 담금이 필요한 경우, 2시간 가열 반응 단계가 완료된 직후, 100mL의 메탄올이 반응 용기에 첨가되어 금 나노입자 생성물을 침전시한다. 즉각적인 담금질은 핵화가 포화 용액의 모든 나노 입자에 대해 거의 동시에 발생하기 때문에 더 나은 분산 관계를 제공할 수 있습니다. 용액이 더 오래 잠기지 않은 채로 남아 있는 반면, 나노 입자의 크기는 크지만 더 무작위로 생성됩니다. 지연된 담금질과 자연 냉각이 원하는 경우 2시간 가열 반응 단계가 완료되면 용액이 1시간 동안 실온으로 자연스럽게 냉각될 수 있습니다. 대안적으로, 용액은 금 나노 입자 생성물을 침전시키기 위해 메탄올의 100mL가 추가되기 전에 다음 날 (예를 들어, 하룻밤 기다려)까지 더 오래 냉각될 수 있습니다. 연구원은 즉시 담금질 및 지연 된 담금 질, 그리고 1 시간 지연 담금 대 하룻밤 지연 담금 을 실험 할 수 있습니다 어떤 방법은 크고 매우 단일 분산 금 나노 입자를 만들기위한 최상의 결과를 생성합니다. 1시간 지연된 담금은 현재 고극분산성이 높은 금 나노입자를 생산하는 것이 권장되는 절차이지만, 어떤 절차가 우수한 결과를 산출할지는 아직 결정되지 않았기 때문에 몇 가지 추가 실험 조사가 도움이 될 수 있다.
금 나노 입자의 단색에 영향을 미치는 프로토콜의 또 다른 중요한 단계는 전구체의 신속한 주입이며, 포화 용액이 매우 짧은 시간 간격을 통해 가능한 한 많은 핵을 형성 할 수 있도록합니다. 전구체 주입 직후, 몇몇 새로운 핵 양식 및 금 원자는 기존 핵에만 결합되어야 합니다. 높은 단전도에 필요한 것은 핵 형성 기간에 비해 길고 일관된 성장 기간입니다. 높은 성장: 핵화 시간 비율은 단전도에 유익해야 합니다. 이 계정에, 전구체 용액을 매우 빠르게 주입하는 것은 높은 단전도에 중요하며, 반응(지연된 담금질)을 담금질하기를 기다리는 것도 단조로운 증가를 위한 도움이 될 수 있다. 그러나, Ostwald 익음의 경쟁 메커니즘(13) 다분산성에 대한 구동 요소입니다. 작은 나노 입자의 표면에 금 원자의 표면 에너지는 큰 나노 입자의 표면에 금 원자의 표면 에너지보다 높다. 오스트발트 익스펜싱은 작은 나노 입자의 수축과 큰 입자의 성장을위한 열역학구동력이다 14. 이것은 솔루션에서 시간이 지남에 따라 발생할 수있는 현상입니다.
고려해야 할 또 다른 변수는 금 나노 입자에 올리라민 리간드 층의 안정성이며, 금 나노 입자 표면이 올리엘라민 리간드에 의해 얼마나 잘 전달되는지입니다. 금 나노 입자 합성 반응의 다른 지점에서 표면 통과의 진행을위한 지표는 없지만, 하나는 표면 통과시간이 지남에 따라 진화해야하는 방법을 상상할 수 있습니다. 반응의 시작 부분에서, 더 금 나노 입자가 없고, 올일라민은 실제로 염소 결합에서 금을 해방하기 위하여 환원제 역할을 하고 있습니다. 반응의 끝에서, 금 나노 입자 표면은 완전히 통과되어야한다. 이상적으로, 반응은 금 나노 입자의 표면이 완전히 통과 될 수 있도록 충분히 오래 계속 할 수 있어야하지만, 너무 오래 오스트발트 익은 금 나노 입자가 단일 분산보다는 분산되기 시작합니다.
전반적으로, 반응의 담금질을 수행할 때 고려해야 할 사항은 성장입니다: 핵화 시간 비율, Ostwald 숙성 시간을 최소화하고, 표면 통과를 위한 충분한 시간을 허용합니다. 지연된 담금 질 또는 즉각적인 담금질이 우수한 결과(즉, 크고, 고도로 지체되고, 고도로 단조로한 금 나노입자)를 생성하는지 여부는 아직 입증되지 않았습니다. 그러나, 약간 지연된 담금(예를 들어, 용액이 끓인 후 1시간 동안 실온으로 냉각되도록 허용) 고도로 단분산된 금 나노입자를 생성할 수 있으므로 반응을 담금질하기 전에 일부 유한 지연이 허용된다. 즉각적인 담금 질 또는 지연 된 담금이 크고 고도로 분산된 금 나노 입자를 생산하는 것이 더 나은지 여부에 대한 보다 명확성을 제공하기 위해, 기술의 문제 해결을위한 유용한 실험 또는 수정은 끓는 후 두 개의 다른 배치로 금 나노 입자 합성 솔루션을 분리하고 지연 된 담금질과 병렬로 즉각적인 사후 반응 담금을 수행하는 것입니다. 이 실험/수정의 결과는 핵제거 시간 창이 너무 짧기 때문에 냉각을 위한 추가 시간(1시간 또는 1박/1일 후)이 성장에 필요하지 않으며, 오스트발트 숙성 및 표면 패시션의 일부 조합은 실제로 냉각/지연 전에 금 나노 입자의 단화(또는 다분산성을 증가)를 감소시키고 있다.
이 금 나노 입자 합성 방법에 대한 최종 고려 사항은 금 나노 입자가 저장되고 사용되는 방법입니다. 합성 공정 및 세척 과정 후, 금 나노 입자는 질소 총을 사용하거나 진공 상태에서 부드럽게 건조됩니다. 질소 총이 금 나노 입자의 검은 탄환을 빼내고 분실/오염/손상될 수 있기 때문에 금 나노 입자는 질소 총을 사용하는 대신 진공 환경에서 건조되는 것이 좋습니다. 진공 환경에서 금 나노 입자를 건조하는 것은 훨씬 더 부드럽고 금 나노 입자 펠릿이 빠지거나 손실되는 것을 방지합니다. 건조 후, 금 나노 입자는 2 °C - 8 ° C 냉장고에서 깨끗하고 건조한 환경 (예를 들어 실험실 필름 밀봉 된 원심 분리기 튜브)에 저장됩니다. 이 깨끗하고 건조하며 시원한 환경은 금 나노 입자가 최소 분해로 약 1 년의 더 긴 유통 기한을 제공해야합니다. 금 나노입자를 사용하기 위해, 유기 용매의 존재 에서 금 나노 입자를 피류함으로써 톨루엔과 같은 유기 용매의 용액으로 재장매 될 수 있다. 톨루엔 용액에서 금 나노입자의 크기와 농도는 UV-vis 스펙트럼특성화(15)를 사용하여 검증하고 필요한 경우 금 나노입자의 원하는 농도가 달성될 때까지 톨루엔으로 더 희석될 수 있다. 한 가지 제한사항은 각 솔루션에 대해 농도를 분석해야 한다는 것입니다.
여기에 제시되는 금 나노 입자 합성 프로토콜은 비 화학 전문가에 의해 금 나노 입자의 합성을 가능하게하기위한 것입니다. 기존 방법에 대하여 이 프로토콜의 중요성은 생산되는 나노입자의 양, 나노입자의 크기, 나노입자의 단화성, 금 나노입자를 캡슐화하는 리간드의 양을 조절할 수 있는 기회를 제공한다는 것이다. 이 공정을 이용하여 합성되는 금 나노입자는 2D 분자-나노입자어레이(16)와같은 분자 전자 실험을 위한 나노전자 장치를 만드는 데 사용되어 왔다. 이 예에서, 2D 분자-나노입자 어레이는 부분적으로 탈온화된 물로 채워진 15mL 원심분리기 튜브에 희석된 금 나노입자의 200μL를 토루엔 용액에 증착함으로써 형성된다. 튜브는 톨루엔이 증발하고 금 나노 입자가 물 표면에 단층층을 형성 할 수 있도록 1 - 3 시간 동안 방해받지 않고 남아 있었다. 이러한 금 나노 입자 단층은 나노 전자 장치를 형성하기 위해 PDMS 우표를 사용하여 실리콘 마이크로 칩과 같은 기판으로 옮겨졌다. 금 나노입자상에 있는 올리라민 리간드는 금 나노입자 분자단층17,18의전자 및 열전 특성을 변경하기 위해 다른 분자와 교환하였다. 여기에 제시되는 금 나노 입자 합성 프로토콜은 과학, 산업 및 의학 내의 다른 많은 금 나노 입자 응용 프로그램에 유용 할 수있는 고품질의 금 나노 입자를 생성합니다.
저자는 공개 할 것이 없습니다.
저자는 나노 입자 합성 방법에 대한 도움을 프랭크 Osterloh 감사하고 싶습니다. 저자는 국립과학재단(1807555 및 203665)과 반도체연구공사(2836)의 재정지원을 인정하고자 한다.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 플라스틱 캡이 있는 50mL 코니컬 원심분리기 튜브(수량: 12개) | Ted Pella, Inc. | 12942 | 금 나노 입자 용액 / 침전물 세척 / 보관에 사용 (합성 공정의 금 나노 입자가 최대 1 년 동안 지속되도록하려면 12 개의 튜브를 사용하는 것이 가장 좋습니다 (예 : 한 달에 1 개의 튜브)))아 |
| 세톤 | 시그마-알드리치 | 270725-2L | 유리 제품 / 튜브 세척 용 용매 |
| Acid Wet Bench | N / A | N / A | 화학 반응 유리 세척 용, 금 에칭 용액 공급 (습식 화학 실험실 시설의 일부) |
| 알루미늄 호일 | Reynolds | B08K3S7NG1 | 유리 제품을 세척 한 후 깨끗하게 유지하기 위해 덮기 위해 |
| Burette | Clamps Fisher Scientific | 05-769-20 | 합성 공정 중 응축기 튜브 및 반응 용기 유지 용 (질소 글로브 박스에 위치) |
| 원심분리기(50mL 코니컬 원심분리기 튜브 로터/어댑터 포함) | ELMI | CM-7S | 용액 내 금 나노 입자를 방사시켜 50mL 원뿔형 원심분리기 튜브 바닥에 침전/포집 |
| DI Water | Millipore | , Milli-Q, 직접 | 탈이온수 |
| 흄 후드 | 해당 사항 없음 | , 실험실 유리 기구 및 용제 공급품(습식 화학 실험실 시설의 일부) | |
| 세척유리 비커 (600mL) | Ted Pella, Inc. | 17327 | 반응 용기, 콘덴서 튜브, 유리 피펫 및 자기 교반 막대를 금 에칭액으로 세척한 후 물 |
| 유리 비커(400mL) | Ted Pella, Inc. | 17309 | 톨루엔 및 금 에칭 측정용 |
| 글래스 눈금 실린더(5mL) | Fisher Scientific | 08-550A | 주입용 톨루엔 및 올레일아민 |
| 글래스 눈금 파이펫(10mL) | Fisher Scientific | 13-690-126 | 금 나노입자 전구 용액을 반응 용기에 주입하기 위해 밸브가 있는 고무 전구와 함께 사용 |
| Gold Etchant TFA | Sigma-Aldrich | 651818-500ML | (요오드화칼륨 포함) 반응 용기, 응축기 튜브, 자기 교반 막대, 유리 피펫 세척용 [또는 Aqua Regia 사용] |
| 이소프로판올 | Sigma-Aldrich | 34863-2L | 유리 제품/튜브 세척용 용매 |
| Liebig 콘덴서 튜브(~500mm)(24/40) | Fisher Scientific | 07-721C | 콘덴서 튜브, 유리 반응 용기에 부착 |
| 마그네틱 교반 바 | Fisher Scientific | 14-513-51 | 합성 공정 중 교반 반응 용액 |
| 메탄올 (≥ 99.9%) | 시그마-알드리치 | 34860-2L-R | 신규, ≥ 99.9% 순도 (합성 후 금 나노 입자 세척용) |
| 마이크로 저울 (mg 해상도) | Accuris Instruments | W3200-120 | 테트라클로로오우르산 분말 계량용(질소 글로브 박스에 위치) |
| 마이크로 피펫 (1000 &마이크로; L) | Fisher Scientific | FBE01000 | oleylamine 및 toluene과 같은 액체 화학 물질을 측정하고 분배하기 위한 것(측정을 위해 눈금이 매겨진 실린더 대신 마이크로피펫을 사용하는 경우) |
| 마이크로피펫 팁(1000 µ L) | USA Scientific | 1111-2831 | 올레일아민 및 톨루엔과 같은 액체 화학 물질의 측정 및 분배(측정을 위해 눈금이 매겨진 실린더 대신 마이크로피펫을 사용하는 경우) |
| 니트릴 장갑 | Ted Pella, Inc. | 81853 | 개인 보호 장비(PPE), 보호 및 니트로그렌 글로브 박스 장갑을 깨끗하게 유지하기 위한 |
| 질소 글로브 박스 | M. Braun | LABstar pro | 건조하고 불활성 환경에서 금 나노 입자 합성을 수행하기 위한 |
| 비수성 20mL 유리 바이알(수량: 2개) | Fisher Scientific | 03-375-25 | 테트라클로로오우르산 분말의 무게를 측정하고 올레일아민 및 톨루엔과 혼합하여 주입 용액 |
| 올레일아민(기술 등급, 70%) | Sigma-Aldrich | O7805-100G | 기술 등급, 70%, 바람직하게는 신품, 질소 글로브 박스에 보관 |
| Parafilm M 밀봉 필름(2인치 x 250피트) | Sigma-Aldrich | P7543 | 합성 공정이 끝난 |
| 후 50mL 원심분리 튜브에서 금 나노 입자를 밀봉하기 위해둥근 바닥 플라스크 (250 mL) (24/40) | Wilmad-LabGlass | LG-7291-234 | 유리 반응 용기, 콘덴서 튜브에 부착 |
| 밸브가 있는 고무 전구(고무 전구형 안전 피펫 필러) | Fisher Scientific | 13-681-50 | 긴 눈금이 매겨진 유리 피펫과 함께 사용하여 금 나노 입자 전구체 용액을 반응 용기에 주입 |
| 호스(PVC 튜브) (수량: 2) | Fisher Scientific | 14-169-7D | 응축기 튜브를 물 유입구/배출구 포트에 연결하기 위해 |
| 스테인리스 스틸 주걱 | Ted Pella, Inc. | 13590-1 | 작은 용기에서 테트라클로로오우르산 분말을 퍼내기 위한 |
| 스탠드(막대가 있는 베이스) | Fisher Scientific | 12-000-102 | 합성 공정 중 응축기 튜브와 반응 용기를 잡는 데 사용(질소 글로브 박스에 위치) |
| 교반 가열 맨틀(250mL) | Fisher Scientific | NC1089133 | 반응 용기 구를 잡고 지지하기 위해, 자석 교반기 막대를 회전시키는 자석 교반기로 가열하면서 |
| 테트라클로로아우르산(III) 산(HAuCl4) (≥ 99.9%) | Sigma-Aldrich | 520918-1G | 는 가급적이면 새 것 또는 한 번도 열리지 않았습니다. 99.9% 순도, 냉장고에 보관한 후 질소 장갑 상자에서만 열었으며, 공기/물/습기에 노출되지 않았습니다. |
| Texwipes / Kimwipes / Cleanroom Wipes | Texwipe | TX8939 | 는 기타 청소 및 표면 보호를 위해 |
| 제작되었습니다. 톨루엔 (≥ 99.8 % | 시그마 - 알드리치 | 244511-2L | 신규, 무수, ≥ 순도 99.8% |
| 핀셋 | Ted Pella, Inc. | 5371-7TI | 알루미늄 호일에 작은 구멍을 뚫고 파라필름 |
| Vortexer | Cole-Parmer | EW-04750-51 | 50mL 원추형 원심분리기 튜브에서 톨루엔의 금 나노 입자를 볼텍싱하여 금 나노 입자를 톨루엔 용액에 재현탁 |
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