Rastreando Eletroquímica em Nanopartículas Únicas com Espectroscopia e Microscopia de Espalhamento Raman Intensificado por Superfície

Summary

O protocolo descreve como monitorar eventos eletroquímicos em nanopartículas individuais usando espectroscopia de espalhamento Raman e imagens aprimoradas por superfície.

Abstract

O estudo de reações eletroquímicas em nanopartículas individuais é importante para entender o desempenho heterogêneo de nanopartículas individuais. Essa heterogeneidade em nanoescala permanece oculta durante a caracterização média das nanopartículas. Técnicas eletroquímicas têm sido desenvolvidas para medir correntes a partir de nanopartículas isoladas, mas não fornecem informações sobre a estrutura e identidade das moléculas que sofrem reações na superfície do eletrodo. Técnicas ópticas como microscopia de espalhamento Raman intensificado por superfície (SERS) e espectroscopia podem detectar eventos eletroquímicos em nanopartículas individuais e, ao mesmo tempo, fornecer informações sobre os modos vibracionais de espécies de superfície de eletrodos. Neste trabalho, um protocolo para rastrear a oxidação-redução eletroquímica do Azul do Nilo (NB) em nanopartículas únicas de Ag usando microscopia SERS e espectroscopia é demonstrado. Primeiramente, um protocolo detalhado para a fabricação de nanopartículas de Ag em um filme de Ag liso e semitransparente é descrito. Um modo de plásmons dipolar alinhado ao longo do eixo óptico é formado entre uma única nanopartícula de Ag e um filme de Ag. A emissão de SERS do NB fixada entre a nanopartícula e o filme é acoplada ao modo plásmon, e a emissão de alto ângulo é coletada por uma objetiva de microscópio para formar um padrão de emissão em forma de rosquinha. Esses padrões de emissão de SERS em forma de rosquinha permitem a identificação inequívoca de nanopartículas únicas no substrato, a partir das quais os espectros SERS podem ser coletados. Neste trabalho, um método para empregar o substrato SERS como eletrodo de trabalho em uma célula eletroquímica compatível com um microscópio óptico invertido é fornecido. Finalmente, o rastreamento da oxidação-redução eletroquímica de moléculas de NB em uma nanopartícula de Ag individual é mostrado. A configuração e o protocolo aqui descritos podem ser modificados para estudar várias reações eletroquímicas em nanopartículas individuais.

Introduction

A eletroquímica é uma importante ciência de medição para o estudo de transferência de carga, armazenamento de carga, transporte de massa, etc., com aplicações em diversas disciplinas, incluindo biologia, química, física e engenharia 1,2,3,4,5,6,7 . Convencionalmente, a eletroquímica envolve medições sobre um conjunto – uma grande coleção de entidades únicas, como moléculas, domínios cristalinos, nanopartículas e locais de superfície. No e....

Protocol

1. Preparação do substrato SERS em modo de lacuna

1. Limpe as lamínulas nº 1 (consulte a Tabela de Materiais) usando uma acetona e lavagem com água, conforme descrito abaixo. Execute esta etapa em uma sala limpa para garantir que nenhum detrito ou outra matéria indesejada seja depositada nas tampas.
   1. Coloque as tampas em um rack deslizante. Use pinças ao mover as lamínulas/substratos. Coloque a cremalheira deslizante em um recipiente de vidro e encha-a com acetona.
      CUIDADO: A acetona é altamente inflamável e tem potenciais efeitos negativos para a saúde. Manuseie em uma área bem ventilada usando luvas, óculos e máscara....

Results

A Figura 2A mostra substratos de filmes finos de Ag preparados usando um sistema de deposição de metais por feixe de elétrons. O substrato "bom" mostrado na Figura 2A tem uma cobertura homogênea de Ag metálico sobre a lamínula de vidro, enquanto o substrato "ruim" tem uma cobertura não uniforme de Ag. O espectro ultravioleta-visível do filme fino de Ag "bom" é mostrado na Figura 2B, o que demonstra que o filme é parcialmente transpa.......

Discussion

Depositar filmes metálicos finos de e Ag em lamínulas limpas é vital para garantir que o filme final tenha uma rugosidade não superior a duas a quatro camadas atômicas (ou uma rugosidade quadrada média da raiz menor ou igual a cerca de 0,7 nm). Poeira, arranhões e detritos presentes na tampa antes da deposição de metal são problemas comuns que impedem a fabricação da película lisa necessária para produzir padrões de emissão em forma de rosquinha. Assim, recomenda-se sonicar as lamínulas em diferentes solventes antes da d.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acetona, grau microeletrônico	J. T. Baker	9005-05
Pipeta ajustável, Eppendorf Referência 2 5000 mL	Eppendorf	4924000100
Balança Analítica, AB54-S/FACT	Metter Toledo	N.A.
Microscópio de Força Atômica, Fácil Varredura 2	Nanosurf	N.A.
Sistema de Deposição de Filme Fino de Feixe de Elétrons AXXIS	Kurt J. Lesker	N.A.
Espectrofotômetro UV-Vis Cary 60	Agilent	N.A.
Epóxi condutor, duas partes	Electron Microscopy Sciences	12642-14
Pellets de cobre, 99,99% puro	Kurt J. Lesker	EVMCU40EXE
Fio de cobre, nu, 18 AWG	VWR	66248-040
Cadinho, Grafite E-Beam	Kurt J. Lesker	EVCEB-23
Diamante Scriber	Ted Pella	54484
Câmera EMCCD, ProEM HS: 1024BX3	Teledyne Princeton Instruments	N.A.
Epóxi, Cola	Gorila	N.A.
Cortador de Tubo de Vidro	Wheeler-Rex	69012
Tubo de Vidro, Borossilicato (OD 0,75", ID 0,62", L 12")	McMaster-Carr	8729K45
Óleo de imersão, Tipo-F	Olympus	IMMOIL-F30CC
, IX73	Olympus	N.A.
Laser, Excelsior One 642 nm Espaço livre	Spectra-Physics	N.A.
LightField	Teledyne Princeton Instruments	N.A.
MATLAB 2022b	MathWorks	N.A.
Micro vidro de cobertura (lamínulas), 24&vezes; Adaptador	VWR	48404-455
	nº 1 Azul	QHMC017A-S01
Nilo Azul, Acros	Organics	415690100
Nitrogênio, Ultra Puro, Gases Especiais Comprimidos		N.A.
Objetivo, UPLanXApo 100× Imersão em Óleo	Olympus	14-910
Filme de Poliimida, Kapton	3M	16089-4
Fosfato de Potássio	Monobásico VWR	P285
Potenciostato, 660E	CH Instrumentos	N.A.
Pt wire	Alfa Aesar	10956-BS
Microscópio Eletrônico de Varredura, Apreo C SEM	Thermo Fischer Scientific	N.A.
Si wafer	Ted Pella	16006
nanopartículas de prata (nanoesferas), NanoXact 0,02 mg/mL em 2 mM citrato	nanoComposix	AGCN60
Pellets de prata, 99,99% puro	Kurt J. Lesker	EVMAG40EXE-A
Slide Rack, Wash-N-Dry	Diversified Biotech	WSDR-2000
Smartphone, iPhone 13 mini	Apple	N.A.
Espectrômetro de Fosfato de Sódio Dibásico Heptahidratado	VWR	0348
, IsoPlane SCT320	Teledyne Princeton Instruments	N.A.
Limpadores de Tecido, Leve	VWR	82003-820
Pinças, KS-04	Kaisi Hardware	N.A.
Gerador Utrasônico, varreduraSONIK	Blackstone-NEY Ultrassom	809379
Ultrapurificador de Água, Sartorius Arium mini	Sartorius	N.A.