Method Article

Слежение за электрохимией на одиночных наночастицах с помощью спектроскопии и микроскопии комбинационного рассеяния света с поверхностным усилением

DOI:

10.3791/65486

⸱

May 12th, 2023

 ,  , 
1Department of Chemistry, University of Louisville

In This Article

Summary

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

Протокол описывает, как отслеживать электрохимические события на отдельных наночастицах с помощью спектроскопии и визуализации рассеяния комбинационного рассеяния с поверхностным усилением.

Abstract

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

Изучение электрохимических реакций на отдельных наночастицах важно для понимания гетерогенных характеристик отдельных наночастиц. Эта наноразмерная гетерогенность остается скрытой во время усредненной ансамблевой характеристики наночастиц. Электрохимические методы были разработаны для измерения токов от отдельных наночастиц, но не дают информации о структуре и идентичности молекул, которые подвергаются реакциям на поверхности электрода. Оптические методы, такие как поверхностно-усиленное комбинационное рассеяние (SERS), микроскопия и спектроскопия, могут обнаруживать электрохимические события на отдельных наночастицах, одновременно предоставляя информацию о колебательных модах частиц поверхности электродов. В этой статье продемонстрирован протокол для отслеживания электрохимического окисления-восстановления нильского синего (NB) на одиночных наночастицах Ag с использованием микроскопии и спектроскопии SERS. Во-первых, подробно описан протокол изготовления наночастиц Ag на гладкой и полупрозрачной пленке Ag. Между одной наночастицей Ag и пленкой Ag образуется диполярная плазмонная мода, выровненная вдоль оптической оси. Излучение SERS от NB, закрепленное между наночастицей и пленкой, соединяется в плазмонную моду, а излучение под большим углом собирается объективом микроскопа для формирования картины излучения в форме пончика. Эти образы излучения SERS в форме пончика позволяют однозначно идентифицировать отдельные наночастицы на подложке, из которых могут быть собраны спектры SERS. В данной работе предложен способ использования подложки SERS в качестве рабочего электрода в электрохимической ячейке, совместимой с инвертированным оптическим микроскопом. Наконец, показано отслеживание электрохимического окисления-восстановления молекул NB на отдельной наночастице Ag. Описанная здесь установка и протокол могут быть модифицированы для изучения различных электрохимических реакций на отдельных наночастицах.

Introduction

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

Электрохимия является важной измерительной наукой для изучения переноса заряда, хранения заряда, переноса массы и т. Д. С приложениями в различных дисциплинах, включая биологию, химию, физику и инженерию 1,2,3,4,5,6,7 . Обычно электрохимия включает в себя измерения ансамбля — большого набора отдельных объектов, таких как молекулы, кристаллические домены, наночастицы и участки поверхности. Однако понимание того, как такие единичные объекты....

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

Protocol

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

1. Подготовка подложки SERS в режиме зазора

  1. Очистите покровные стекла No 1 (см. Таблицу материалов) с помощью промывки ацетоном и водой, как описано ниже. Выполняйте этот шаг в чистом помещении, чтобы убедиться, что на покровные стекла не оседает мусор или другие нежелательные вещества.
    1. Поместите покровные стекла в поддвижную стойку. Используйте пинцет при перемещении покровных стекол / подложек. Поместите горочную стойку в стеклянную емкость и заполните ее ацетоном.
      ВНИМАНИЕ: Ацетон легко воспламеняется и имеет потенциальные негативные последствия для здоровья. Обращайтесь с ним в хорошо проветриваемом помещении, ....

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

Results

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

На рисунке 2А показаны тонкопленочные подложки Ag, приготовленные с использованием электронно-лучевой системы осаждения металла. «Хорошая» подложка, показанная на рисунке 2А , имеет однородное покрытие металла Ag поверх стеклянного покровного стекла, в то время как «плохая» подложка имеет неравномерное покрытие Ag. Ультрафиолетово-видимый спектр «хорошей» тонкой пленки Ag показан на рисунке 2B, который демонстрирует, что пленка част.......

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

Discussion

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

Нанесение тонких металлических пленок Cu и Ag на чистые покровные стекла имеет жизненно важное значение для обеспечения того, чтобы конечная пленка имела шероховатость не более двух-четырех атомных слоев (или среднеквадратичную шероховатость, меньшую или равную примерно 0,7 нм). Пыль, царапины и мусор, присутствующие на покровном стекло перед нанесением металла, являются распространенными проблемами, которые препятствуют изготовлению гладкой пленки, необходимой для получения моделей выбросов в форме пончика. Следовательн.......

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

Disclosures

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

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Acknowledgements

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

Эта работа была поддержана стартовыми фондами Университета Луисвилля и финансированием ассоциированных университетов Ок-Риджа через премию Ральфа Э. Пау за повышение квалификации младших преподавателей. Авторы благодарят доктора Ки-Хён Чо за создание изображения на рисунке 1. Осаждение металлов и СЭМ были выполнены в Центре микро / нанотехнологий в Университете Луисвилля.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Ацетон, микроэлектронный классJ. T. Baker9005-05
Регулируемый пипетка, Eppendorf Reference 2 5000 млEppendorf4924000100
аналитические весы, AB54-S/FACTMetter ToledoN.A.
Атомно-силовой микроскоп, Easy scan 2NanosurfN.A.
AXXIS Электронно-лучевая система тонкопленочного осажденияKurt J. LeskerN.A.
Cary 60 УФ-ВИД спектрофотометрAgilentN.A.
Проводящая эпоксидная смола, двухкомпонентнаяэлектронная микроскопия Sciences12642-14
Медные гранулы, 99,99% чистотаKurt J. LeskerEVMCU40EXE
Медная проволока, голая, 18 AWGVWR66248-040
Тигель, графитовый E-beamKurt J. LeskerEVCEB-23
Diamond ScriberTed Pella54484
Камера EMCCD, ProEM HS: 1024BX3Teledyne Princeton InstrumentsN.A.
Эпоксидная смола, прозрачныйклей GorillaN.A.
СтеклотрубкаWheeler-Rex69012
Стеклянная трубка, Borossilicate (OD 0.75", ID 0.62", L 12")McMaster-Carr8729K45
Иммерсионное масло, Type-FOlympusIMMOIL-F30CC
Инвертированный микроскоп, IX73OlympusN.A.
Лазер, Excelsior One 642 нмСпектра-ФизикаН.А.
LightFieldTeledyne Princeton InstrumentsN.A.
MATLAB 2022bMathWorksN.A.
Микрозащитное стекло (покровные стекла), 24× 60 мм No 1VWR48404-455
Адаптер для камеры смартфонаQHMAQHMC017A-S01
Nile Blue A, чистыйAcros Organics415690100
азотом, ультра чистый, сжатыеспециальные газыN.A.
Цель, UPLanXApo 100× Масляная иммерсионнаяOlympus14-910
каптон3M16089-4
Фосфат калия одноосновнойVWRP285
Потенциостат, 660E CH InstrumentsN.A.
Pt проволокаAlfa Aesar10956-BS
Сканирующий электронный микроскоп, Apreo C SEMThermo Fischer ScientificN.A.
Si waferTed Pella16006
Наночастицы серебра (наносферы), NanoXact 0,02 мг/мл в 2 мМ цитратnanoComposixAGCN60
Серебряные гранулы, 99,99% чистотаKurt J. LeskerEVMAG40EXE-A
Slide Rack, смартфон Wash-N-DryDiversified BiotechWSDR-2000
iPhone 13 miniAppleN.A.
Диосновной гептагидрат фосфата натрияVWR0348
Спектрометр, IsoPlane SCT320Teledyne Princeton InstrumentsN.A.
Салфетки, легкие VWR82003-820
Пинцет, KS-04Kaisi HardwareN.A.
Утразвуковой генератор, разверткаSONIKBlackstone-NEY Ultrasonics809379
ультраочиститель воды, Sartorius Arium miniSartoriusN.A.
пленка , ,

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