Generatie nulwaardige metalen kern Nanodeeltjes gebruikmaking van N- (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol

Samenvatting

Een nieuwe methode voor de synthese van metaalkern nanodeeltjes met behulp van een waterbestendige silanol wordt beschreven.

Samenvatting

In dit werk wordt een eenvoudige one-pot-reactie voor de vorming van metaalnanodeeltjes in een wateroplossing gepresenteerd door het gebruik van n-(2-aminoethyl)-3-aminosilaantriol. Deze verbinding kan worden gebruikt om metaalzouten effectief te reduceren en complexe metaalzouten om te zetten in metaalkernnanodeeltjes bedekt met de verbinding. Door de concentraties van zout en silaand te controleren, kan men de reactiesnelheden, de deeltjesgrootte en de nanodeeltjescoating beheersen. De effecten van deze veranderingen werden gekenmerkt door transmissie-elektronenmicroscopie (TEM), UV-Vis-spectrometrie (UV-Vis), nucleaire magnetische resonantiespectroscopie (NMR) en Fourier-transformatie-infraroodspectroscopie (FTIR). Een uniek aspect van deze reactie is dat silani's meestal hydrolyseren en kruis-linken in water; in dit systeem is de silani echter wateroplosbaar en stabiel. Het is bekend dat silicium en aminogroepen complexen kunnen vormen met metaalzouten. Het silicium is bekend om zijn coördinatiesfeer uit te breiden om penta- of hexa-gecoördineerde soorten te vormen. Bovendien kan de silanogroep hydrolyse ondergaan om een Si-O-Si silicanetwerk te vormen, waardoor de metaalnanodeeltjes worden omgezet in gefunctionaliseerde nanocomposites.

Inleiding

Omdat de vraag en de toepassingen van designer nanomaterialen toeneemt, zo ook de verschillende methoden van synthese. De "top-down" methoden, zoals laserablatie of chemisch etsen zijn gebruikt vanwege hun uitstekende beheersbaarheid en capaciteit voor het oplossen materialen betrouwbaar naar de sub-micron niveau. Deze werkwijzen steunen op bulkmaterialen fijnere bestanddelen, die typisch verhoging van de productiekosten als de gewenste nanostructuur verkleint verwerkt. Een alternatieve synthesemethode hierop is de "bottom-up" benadering, die de synthese stuurt op moleculair niveau en bouwt op de gewenste nanostructuur. Dit zorgt voor een aanzienlijke mate van controle over de gewenste zelfassemblage, functionaliteit, passiviteit en de stabiliteit bij de vorming van deze nanogestructureerde materialen ^1. Door te werken vanuit het moleculaire niveau, kan hybride nanocomposieten worden gegenereerd die de voordelen van beide materialen van dezelfde structuopnieuw.

Als nanomateriaal worden gesynthetiseerd door het bottom-up strategie moeten werkwijzen worden toegepast om deeltjesgrootte, vorm, textuur, hydrofobiciteit, porositeit, kosten en functionaliteit ² controleren. In metalen kern nanodeeltje synthese wordt de eerste metaalzout gereduceerd in een autokatalytisch proces nul-valent deeltjes, die op zijn beurt direct kiemvorming van andere deeltjes te genereren. Dit leidt tot clustering en tenslotte nanodeeltjes ³ productie. In een poging om de grootte van nanodeeltjes gemaakt beheersen en voorkomen dat ze neerslaan uit de oplossing, zijn stabilisatoren zoals liganden, surfactanten, ionische lading, en grote polymeren benut voor hun vermogen om nanodeeltjes te blokkeren tegen verdere agglomeratie ^4-10. Deze materialen remmen de van der Waals aantrekking van de nanodeeltjes, hetzij door sterische hindering door de aanwezigheid van de volumineuze groepen, of door Coulomb afstoting ^3.

in tzijn werk een gemakkelijke, één vat, synthesewerkwijze voor het genereren van verschillende metalen kern nanodeeltjes door middel van het silaan, N- (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol (2-AST) weergegeven (figuur 1). Liganden op deze verbinding kunnen verminderen metaalvoorlopers en stabiliserende metalen nanodeeltjes met een relatief hoge werkzaamheid. De drie silanol groepen aanwezig zijn ook in staat om verknoping en dit vormt een onderling verbonden netwerk van organosilaan polymeer geïmpregneerd met nanodeeltjes in de matrix (Figuur 2). In tegenstelling tot de meeste silanen, die gemakkelijk hydrolyse ondergaan bij aanwezigheid van water, is deze verbinding stabiel in water, wat gunstig is voor doeleinden hydrofobiciteit, stabiliteit en controle.

Protocol

Opmerking: Alle sera worden gebruikt volgens de fabrikant zonder verdere zuivering. Reacties werden gevolgd gedurende één week via UV-Vis spectroscopie volledige reductie te garanderen. Alle reacties worden uitgevoerd onder een afzuigkap uitgevoerd en passende veiligheidsmaatregelen kleding is te allen tijde gedragen, inclusief handschoenen, stofbril en witte jassen.

1. Synthese van Silver Nanodeeltjes

1. Weeg 0,0169 g (0,1 mmol) zilvernitraat direct in een erlenmeyerkolf van 50 ml.
2. Voeg in 20 ml 18,2 MQ ultrazuiver water en een magnetische roerstaaf. Bedek kolf met een stop om verdamping te voorkomen.
3. Plaats kolf in een oliebad gelegen op een roerder / hete plaat en zorgen dat temperatuur wordt op 60 ° C.
4. Voeg langzaam 144 pl (0,2 mmol) 2-AST behulp van een micropipet nauwkeurig. Flush pipet enkele malen oplossing voor alle silaan waarborgen wordt overgebracht in de oplossing.
5. Neem UV-Vis spectroscopie metingenvolgens de in artikel 5 genoemde protocol.
6. Na 6 uur werd het monster verwijderd uit het oliebad en overbrengen naar een 20 ml monsterflesje voor opslag, TEM, FTIR en verdere analyse.
   Opmerking: Synthese van goud en palladium nanodeeltjes volgt dezelfde werkwijze en stoechiometrische hoeveelheden behalve goud nanodeeltjes die 216 pl (0,3 mmol) 2-AST. De reactie kan blijven nanodeeltjes tot 2 weken, maar dit tarief niet significant ten opzichte van initiële snelheid.

2. Transmission Electron Microscope (TEM) Monstervoorbereidingstesten

1. Zorg ervoor dat het monster is afgekoeld tot kamertemperatuur.
2. Plaats een 200 carbon-mesh-formvar beklede koperen rooster op een schoon stuk filterpapier.
3. Met behulp van een 1 ml plastic Pasteur pipet, gegoten-drop ongeveer 60 ul van het nanodeeltje monster direct op het rooster.
4. Sta rooster drogen 24 uur voor beeldvorming.
5. Neem een ​​hoge resolutie TEM beelden met de volgende voorwaarden:10 uA stroom en 100 kV versnellingsspanning ^22.

3. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Monstervoorbereidingstesten

Opmerking: Voer NMR bij kamertemperatuur. Bij hoge temperaturen kunnen signalen samenvloeien, waardoor de kwaliteit van spectra verkregen degradeert.

1. Gebruik Pipetteer Pipetteer 50 ul deuterium oxide (D ₂ O) in een schone NMR-buis.
2. Met een schoon precisiepipet, pipet 400 ul van nanodeeltjes monster in dezelfde NMR-buis.
   1. Als monsters kunnen hechten aan de binnenwanden van de NMR-buis langzaam oplossingen toe te voegen in de NMR-buis. Als monster geen hechten dop op de buis en schud de bovenkant van de buis aan de oplossing naar de bodem forceren.
3. Meng het monster door schudden en herhaaldelijk omkeren van de NMR-buis.
4. Het monster buis in de NMR volgende richtingen door NMR protocol geleverd door de fabrikant ingesteld. Een ruim 1000 scans nodig zijn voor een goede resPLOSSING in een ^1H proton NMR pols programma.
   Let op: NMR-buis muren moet schoon zijn. Aanbevolen wordt de buitenwand van de buis wordt afgenomen met een microvezel of pluisvrije doek voorafgaand aan analyse van spectra duidelijkheid.
5. Gooi monster als u klaar bent. Do monster niet terug naar bovenliggende oplossing.

4. Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopie Monstervoorbereidingstesten

1. Plaats 2 ml van nanodeeltjes monster in een kleine glazen container. Een 3 ml buis of 1 dram glazen flacon werkt goed.
2. De monsters worden door het plaatsen van de glazen houder in een vacuümexsiccator met een kraantje.
3. Hechten exsiccator tot vacuümpomp apparaat. Het drogen van de monsters kan enkele uren duren, afhankelijk van vacuüm sterkte. Beschouw monsters droog wanner er geen zichtbare vloeistof in container.
4. Schaaf onderaan de steekproef met een schone spatel en het verzamelen van vaste materialen.
5. Leg vast materiaal op ATR-FTIR spectroscoop uitgerust met een ZnSe crystal diodelaser.
6. Verkrijgen FTIR spectra te integreren 32 scans tussen 4,000-500 cm ^-1 met een spectrale resolutie van 2.0. Gebruik de lucht achtergrond ^23.

5. UV-Vis spectroscopie Monstervoorbereidingstesten

1. Eventueel UV-Vis spectroscopie op nanodeeltjes monsters die in een 9:59 verdunning van nanodeeltjes monster water zodat verzadiging niet voorkomt in spectrometer analyse.
2. Verwijder nanodeeltjes monsters voor UV-Vis tijdens reactie op halve uur.
3. Met behulp van een Pipetteer 100 ul verwijderd nanodeeltje materiaal en in een plastic cuvet.
4. Voeg 1 ml ultrazuiver water aan hetzelfde kuvet en meng goed door spoelen van de pipet meerdere keren.
5. Neem UV-Vis absorptiespectrum 250-800 nm.
6. Na analyse, geen monster terug te keren naar de reactie. Gooi van de stof in een passende wijze.

Resultaten

De reactie werd gevolgd via UV-VIS experiment als nanodeeltje vorming pieken kenmerkend voor elk metaal nanodeeltje moeten produceren. De uiteindelijke analyse van gesynthetiseerde materialen werd tot stand gebracht door middel van TEM en FTIR. De FTIR spectra werd verkregen uit gedroogde poeder monsters. De deeltjesgrootte analyse kan worden bewerkstelligd door het meten van nanodeeltjes diameter van beelden verkregen via TEM en middeling resultaten.

Discussie

Zouten die in dit document zijn de enige zouten die getest werden van dat metaal. Daardoor is onzeker of deze reactie strategie zou werken met zouten van de metalen, in het bijzonder goud. De oplosbaarheid van deze zouten in water kan ook de uitkomst van de reactie in termen van reactiesnelheid, morfologie en opbrengsten. In alle reacties werd de silaan een reeds opgeloste metalen zoutoplossing toegevoegd.

Het is vermeldenswaard dat zorg moet worden genomen om de nauwkeurigheid te garanderen...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol (2-AST)	Gelest	SIA0590.0	25% in H2O
Zilvernitraat	Sigma Aldrich	S6506
Goud(III)chloride trihydraat	Sigma Aldrich	520918
Palladium(II)nitraat	Alfa Aesar	11035
Deuteriumdioxide	Cambridge Isotope Laboratories	DLM-4-100