Method Article

Elektrochemie volgen op enkele nanodeeltjes met oppervlakte-verbeterde Raman-verstrooiingsspectroscopie en microscopie

DOI:

10.3791/65486

⸱

May 12th, 2023

 ,  , 
1Department of Chemistry, University of Louisville

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het protocol beschrijft hoe elektrochemische gebeurtenissen op enkele nanodeeltjes kunnen worden gevolgd met behulp van oppervlakte-versterkte Raman-verstrooiingsspectroscopie en beeldvorming.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het bestuderen van elektrochemische reacties op enkele nanodeeltjes is belangrijk om de heterogene prestaties van individuele nanodeeltjes te begrijpen. Deze heterogeniteit op nanoschaal blijft verborgen tijdens de ensemblegemiddelde karakterisering van nanodeeltjes. Elektrochemische technieken zijn ontwikkeld om stromen van enkele nanodeeltjes te meten, maar geven geen informatie over de structuur en identiteit van de moleculen die reacties ondergaan aan het elektrodeoppervlak. Optische technieken zoals oppervlakte-versterkte Raman scattering (SERS) microscopie en spectroscopie kunnen elektrochemische gebeurtenissen op individuele nanodeeltjes detecteren en tegelijkertijd informatie verschaffen over de trillingsmodi van elektrode-oppervlaktesoorten. In dit artikel wordt een protocol gedemonstreerd om de elektrochemische oxidatie-reductie van Nile Blue (NB) op enkele Ag-nanodeeltjes te volgen met behulp van SERS-microscopie en spectroscopie. Eerst wordt een gedetailleerd protocol beschreven voor het fabriceren van Ag-nanodeeltjes op een gladde en semi-transparante Ag-film. Een dipolaire plasmonmodus uitgelijnd langs de optische as wordt gevormd tussen een enkel Ag-nanodeeltje en Ag-film. De SERS-emissie van NB die tussen het nanodeeltje en de film is gefixeerd, wordt gekoppeld aan de plasmonmodus en de hogehoekemissie wordt verzameld door een microscoopobjectief om een donutvormig emissiepatroon te vormen. Deze donutvormige SERS-emissiepatronen maken de eenduidige identificatie van enkele nanodeeltjes op het substraat mogelijk, waaruit de SERS-spectra kunnen worden verzameld. In dit werk wordt een methode gegeven voor het gebruik van het SERS-substraat als een werkende elektrode in een elektrochemische cel die compatibel is met een omgekeerde optische microscoop. Ten slotte wordt het volgen van de elektrochemische oxidatie-reductie van NB-moleculen op een individueel Ag-nanodeeltje getoond. De opstelling en het hier beschreven protocol kunnen worden aangepast om verschillende elektrochemische reacties op individuele nanodeeltjes te bestuderen.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Elektrochemie is een belangrijke meetwetenschap voor het bestuderen van ladingsoverdracht, ladingsopslag, massatransport, enz., Met toepassingen in verschillende disciplines, waaronder biologie, scheikunde, natuurkunde en engineering 1,2,3,4,5,6,7 . Conventioneel omvat elektrochemie metingen over een ensemble - een grote verzameling afzonderlijke entiteiten zoals moleculen, kristallijne domeinen, nanodeeltjes en oppervlakteplaatsen. Begri....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Gap-mode SERS substraatvoorbereiding

  1. Reinig no. 1 coverslips (zie tabel met materialen) met behulp van een aceton en waterwassing, zoals hieronder beschreven. Voer deze stap uit in een cleanroom om ervoor te zorgen dat er geen vuil of ander ongewenst materiaal op de coverslips wordt afgezet.
    1. Plaats de coverslips in een schuifrek. Gebruik een pincet bij het verplaatsen van de coverslips/substraten. Plaats het schuifrek in een glazen container en vul het met aceton.
      LET OP: Aceton is licht ontvlambaar en heeft mogelijk negatieve gezondheidseffecten. Behandel het in een goed geventileerde ruimte met handschoenen, e....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Figuur 2A toont Ag dunne film substraten bereid met behulp van een elektronenbundel metaalafzettingssysteem. Het "goede" substraat in figuur 2A heeft een homogene dekking van Ag-metaal over de glazen dekplaat, terwijl het "slechte" substraat een niet-uniforme dekking van Ag heeft. Het ultraviolet-zichtbare spectrum van de "goede" Ag dunne film is weergegeven in figuur 2B, die aantoont dat de film gedeeltelijk transparant is voor het.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het afzetten van Cu- en Ag-dunne metaalfilms op schone dekplaten is van vitaal belang om ervoor te zorgen dat de uiteindelijke film een ruwheid heeft die niet groter is dan twee tot vier atomaire lagen (of een wortelgemiddelde vierkante ruwheid kleiner dan of gelijk aan ongeveer 0,7 nm). Stof, krassen en vuil op de dekplaat voorafgaand aan metaalafzetting zijn veelvoorkomende problemen die de fabricage van de gladde film voorkomen die nodig is om donutvormige emissiepatronen te produceren. Daarom wordt aanbevolen om de a.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door start-upfondsen van de Universiteit van Louisville en financiering van Oak Ridge Associated Universities via een Ralph E. Powe Junior Faculty Enhancement Award. De auteurs bedanken Dr. Ki-Hyun Cho voor het maken van de afbeelding in figuur 1. De metaalafzetting en SEM werden uitgevoerd in het Micro / Nano Technology Center aan de Universiteit van Louisville.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Acetone, microelectronic gradeJ. T. Baker9005-05
Adjustable pipette, Eppendorf Reference 2 5000 mLEppendorf4924000100
Analytical Balance, AB54-S/FACTMetter ToledoN.A.
Atomic Force Microscope, Easy scan 2NanosurfN.A.
AXXIS Electron Beam Thin Film Deposition SystemKurt J. LeskerN.A.
Cary 60 UV-Vis SpectrophotometerAgilentN.A.
Conductive epoxy, two partElectron Microscopy Sciences12642-14
Copper pellets, 99.99% pureKurt J. LeskerEVMCU40EXE
Copper wire, bare, 18 AWGVWR66248-040
Crucible, Graphite E-BeamKurt J. LeskerEVCEB-23
Diamond ScriberTed Pella54484
EMCCD Camera, ProEM HS: 1024BX3Teledyne Princeton InstrumentsN.A.
Epoxy, ClearGorilla GlueN.A.
Glass Tube CutterWheeler-Rex69012
Glass Tube, Borossilicate (OD 0.75", ID 0.62", L 12")McMaster-Carr8729K45
Immersion oil, Type-FOlympusIMMOIL-F30CC
Inverted Microscope, IX73OlympusN.A.
Laser, Excelsior One 642 nm Free spaceSpectra-PhysicsN.A.
LightFieldTeledyne Princeton InstrumentsN.A.
MATLAB 2022bMathWorksN.A.
Micro cover glass (coverslips), 24×60 mm No. 1VWR48404-455
Microscope Smartphone Camera AdapterqhmaQHMC017A-S01
Nile Blue A, pureAcros Organics415690100
Nitrogen, Ultra Pure, CompressedSpecialty GasesN.A.
Objective, UPLanXApo 100× Oil ImmersionOlympus14-910
Polyimide Film, Kapton3M16089-4
Potassium Phosphate MonobasicVWRP285
Potentiostat, 660E CH InstrumentsN.A.
Pt wireAlfa Aesar10956-BS
Scanning Electron Microscope, Apreo C SEMThermo Fischer ScientificN.A.
Si waferTed Pella16006
Silver nanoparticles (nanospheres), NanoXact 0.02 mg/mL in 2 mM citratenanoComposixAGCN60
Silver pellets, 99.99% pureKurt J. LeskerEVMAG40EXE-A
Slide Rack, Wash-N-DryDiversified BiotechWSDR-2000
Smartphone, iPhone 13 miniAppleN.A.
Sodium Phosphate Dibasic HeptahydrateVWR0348
Spectrometer, IsoPlane SCT320Teledyne Princeton InstrumentsN.A.
Tissue Wipers, Light-duty VWR82003-820
Tweezers, KS-04Kaisi HardwareN.A.
Utrasonic Generator, sweepSONIKBlackstone-NEY Ultrasonics809379
Water Ultrapurifier, Sartorius Arium miniSartoriusN.A.

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. O'Mari, O., Vullev, V. I. Electrochemical analysis in charge-transfer science: The devil in the details. Current Opinion in Electrochemistry. 31, 100862(2022).
  2. Forster, R. J. Microelectrodes: New dimensions in electrochemistry. Chemical Socie....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Single Nanoparticle ElectrochemistrySurface Enhanced Raman ScatteringSERS MicroscopyElectrochemical Oxidation ReductionSilver NanoparticlesGap Mode SERSCyclic VoltammetrySpectroelectrochemistryNile BluePlasmonic Substrate

Related Articles