합성, 특성 및 하이브리드 금 / CD 및 금 /은 ZnS 코어 / 쉘 나노 입자의 작용 화

이 절차의 전반적인 목표는 넓은 밴드갭 반도체 쉘로 과도하게 코팅된 금 나노 입자를 준비하는 것입니다. 쉘 재료는 카드뮴 또는 황화아연일 수 있으며 두께는 조정 가능해야 합니다. 이 기술은 쉘을 형성하기 위해 4단계 양이온 교환 기술을 사용하여 코어와 쉘 사이의 큰 격자 불일치를 극복합니다.

이 기술의 주요 장점은 쉘 두께를 탁월하게 제어하면서 고도로 단분산 금 코어 쉘 나노 입자를 생산할 수 있다는 것입니다. 이 기술로 생성된 나노 입자는 광전자 시스템에서 흡수체와 결합하는 플라즈몬 원소로 사용될 수 있는데, 그 이유는 넓은 밴드갭 쉘이 상호 작용 거리를 정밀하게 조정할 수 있기 때문입니다. 이러한 방식으로 상호 작용을 조정하면 손실을 제한하고 흡수 또는 방출 증가를 극대화할 수 있으며 다양한 응용 분야에서 엑시톤 플라즈몬 커플링의 잠재력에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.

금 나노 입자의 합성을 시작하려면 글로브 박스에서 작업하여 부피 플라스크에서 100ml의 물로 희석하기 전에 왕수로 미리 세척한 바이알의 금염을 계량합니다. 그런 다음 3.2g의 고체 세틸트리메틸암모늄 클로라이드(CTAC)를 넣고 25ml의 물에 약 섭씨 60도까지 가열하여 용해시킵니다. 혼합물을 실온으로 냉각하고 부피 플라스크에 물을 넣어 50ml로 희석하여 0.2몰 CTAC 용액을 준비합니다.

둥근 바닥 끓는 플라스크 안에 20ml의 금 1mg와 20ml의 0.2몰 CTAC 용액을 혼합합니다. 섭씨 60도로 설정된 오일 배스에서 10분 동안 혼합합니다. 다음으로 금 CTAC 용액에 고체 borane tert-butylamine 1.7mg을 넣고 혼합물을 30분 동안 저어줍니다.

용액이 짙은 빨간색으로 바뀔 것입니다. 생성된 용액은 약 5마이크로몰의 금 입자 농도를 가지며 한 번에 수개월 동안 저장하거나 반응의 다음 단계에 즉시 사용할 수 있습니다. 그런 다음 은 용액을 금과 아스코르브산 용액에 적가하고 반응을 2시간 동안 저어줍니다.

섭씨 70도의 오일 배스에서 10밀리리터의 금 나노 입자를 아스코르브산과 혼합하여 20밀리몰 용액을 만듭니다. 다음으로, 5ml의 물에 4.0 밀리몰의 질산은 용액을 준비합니다. 반응은 반응 과정에서 껍질 두께에 따라 밝은 주황색에서 어두운 주황색으로 바뀝니다.

나노 입자를 21, 130gs에서 10 분 동안 원심 분리 한 다음 깨끗한 물에 다시 분산시킵니다. 펠릿 나노 입자에서 상등액을 디캔팅하여 형성되었을 수 있는 벌거벗은 금 나노 입자 또는 은 나노 입자의 제거를 돕습니다. 실험의 이전 단계에서 사용된 은에 대해 200:1 몰 비율로 원소 황을 계량합니다.

10 밀리리터의 금은 코어 껍질 입자와 5 나노 미터 껍질의 경우 10 밀리리터의 톨루엔에 1.5 밀리리터의 올레산과 3 밀리리터의 올레일 아민을 용해시킵니다. 일단 용해되면 용액은 밝은 노란색이어야 합니다. 잔류 물은 나노 입자와 자유 표면 분자 모두의 용해도를 방해하여 금 나온 입자의 비가역적 응집으로 이어질 수 있습니다.

다음 정제 단계에서 수분을 확실히 제거하려면 10분 동안 21, 130gs에서 분리를 통해 은 콜로이드를 농축합니다. 은 콜로이드를 물 1ml에 분산시킵니다. 이것은 은 껍질이 형성될 때 수층에서 유기층으로의 추출 효율성을 높이는 데 도움이 됩니다.

1 시간 동안 교반 중인 황 용액에 콜로이드를 적가적으로 첨가합니다. 용액은 황화가 완료되면 더 얇은 껍질의 경우 진한 파란색으로, 더 두꺼운 껍질의 경우 자주색으로 바뀝니다. 원심분리하기 전에 동일한 부피의 70% 에탄올을 첨가합니다.

4, 10 분 동안 000 gs에 콜로이드 해결책을, 반응이 2 시간 동안 약동한 후에, 해결책에서 물 및 unreacted 황을 제거하기 위하여 원심 분리기. 과도한 oleylamine 또는 oleic acid는 용액에서 떨어질 수 있으며 이 단계 후에 흰색 고체에서 용액을 디캔팅하여 제거할 수 있습니다. 필요한 경우 톨루엔으로 분산시키기 위해 30 초에서 1 분 동안 수조 초음파 발생기에서 초음파 처리하여 나노 입자를 재분산시킵니다.

금속 질산염을 1 밀리리터의 메탄올에 용해시켜 0.2 몰의 질산 카드뮴 또는 질산 아연을 만들어 금속 전구체를 만듭니다. 금속 용액과 은 - 황화물 껍질 나온 입자를 은과 1 대 1 몰 비율로 혼합합니다. 질소 분위기에서 카드뮴 껍질의 경우 섭씨 50도, 아연 껍질의 경우 섭씨 65도까지 가열합니다.

다음으로, 트리부틸포스핀을 금속 전구체에 500 대 1 몰비로 첨가한다. 21, 130 gs에서 10 분 동안 원심 분리를 통해 정제하여 형성되었을 수있는 황화 카드뮴 또는 황화 아연 나노 입자를 제거합니다. 펠릿화된 나노 입자를 헥산, 톨루엔 또는 클로로포름과 같은 깨끗한 비극성 용매로 분산시킵니다.

여기에 표시된 것은 CTAC를 계면활성제로 합성한 금 나노입자의 투과전자현미경 또는 TEM 이미지입니다. 나노 입자는 직경이 16 나노 미터이고 표준 편차가 0.4 나노 미터인 단결정이었다. 은 껍질의 두께는 자외선 가시 흡수 분광법을 통해 모니터링 할 수 있습니다.

이 그림에서 은의 두께는 검은 색에서 하늘색으로 증가합니다. 금 나노 입자의 표면 플라즈몬은 은 껍질의 두께가 증가함에 따라 더 높은 에너지로 이동합니다. 은 껍질이 있는 금 나노 입자의 TEM 이미지가 여기에 나와 있습니다.

은은 후속 반도체 쉘을 위한 주형을 제공하기 위해 금 코어에서 성장합니다. 쉘은 반경이 3나노미터에서 7나노미터까지 조정됩니다. 다음 단계에서은으로 코팅 된 나노 입자는 황으로 처리되어 황화은 껍질을 형성합니다.

결과 껍질은 이전의 은색 껍질보다 약간 더 큰 경향이 있지만 분포는 균일합니다. 마지막으로, 이 예에서 카드뮴 또는 아연을 사용하여 은 이온을 대체하고 황화 카드뮴 또는 황화아연의 반도체 쉘을 생성할 수 있습니다. 생성된 쉘은 첫 번째 코팅 단계에서 은 반경에 해당하는 반경을 가진 단결정입니다.

이 기술을 한 번 숙달하면 제대로 수행한다면 7-8시간 안에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 사용하기 전에 모든 유리 제품을 왕수로 적절하게 청소하는 것이 중요합니다. 비디오를 시청한 후에는 수성 금 나노 입자를 카드뮴 또는 황화아연으로 코팅할 수 있어야 합니다.

금 나노 입자는 은으로 코팅되어 황화은으로 변형됩니다. 마지막으로, 은은 카드뮴 또는 아연과 교환됩니다.