Здесь описан синтез семян золота (Au) по методу Туркевича. Эти затравки затем используются для синтеза наночастиц золото-оловянного сплава (Au-Sn) с перестраиваемыми плазмонными свойствами.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Здесь описан синтез семян золота (Au) по методу Туркевича. Эти затравки затем используются для синтеза наночастиц золото-оловянного сплава (Au-Sn) с перестраиваемыми плазмонными свойствами.
Этот протокол описывает синтез затравок наночастиц Au и последующее образование биметаллических наночастиц Au-Sn. Эти наночастицы имеют потенциальное применение в катализе, оптоэлектронике, визуализации и доставке лекарств. Ранее методы получения наночастиц сплавов были трудоемкими, требовали сложных условий реакции и могли давать противоречивые результаты. В изложенном протоколе сначала описывается синтез семян наночастиц Au с длиной волны около 13 нм по методу Туркевича. Далее в протоколе описывается восстановление Sn и его включение в затравки Au для получения наночастиц сплава Au-Sn. Описана оптическая и структурная характеристика этих наночастиц. Оптически заметные локализованные поверхностные плазмонные резонансы (LSPR) проявляются с помощью УФ-видимой спектроскопии. Структурно порошковая рентгеновская дифракция (XRD) отражает все частицы с длиной волны менее 20 нм и показывает закономерности для интерметаллических фаз Au, Sn и кратных Au-Sn. Сферическая морфология и распределение по размерам получены с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). ПЭМ показывает, что после включения Sn наночастицы вырастают примерно до 15 нм в диаметре.
Плазмонные наночастицы металлов 1,2 находят применение в катализе, оптоэлектронике, сенсорике и устойчивости благодаря их способности поглощать свет с большой эффективностью, концентрировать свет в субнанометровых объемах и усиливать каталитические реакции 3,4,5. Лишь немногие металлы демонстрируют эффективные локализованные поверхностные плазмонные резонансы (LSPR). Среди них одним из широко изученных металлов является Au3.
Au является широко изученным благородным металлом, известным своим стабильным сплавообразованием с другими металлами. Тем не менее, Au LSPR ограничен видимым и инфракрасным диапазонами и не может быть настроен на более высокие энергии 6,7,8. Между тем, постпереходные металлы обладают множеством интересных реакционноспособных и каталитических свойств, отличных от благородных металлов 6,9,10. Легируя Au с постпереходными металлами, LSPR может быть настроен на более высокие энергии в направлении UV1. Этот протокол ориентирован на легирование Au-Sn. Известно, что Sn легко легируется со многими металлами, может иметь УФ-LSPR и имеет интересные каталитические применения, такие как образование муравьиной кислоты путем восстановления углекислого газа 6,7,8. Сплавы Au и Sn синтезировали с использованием затравочного процесса путем химического восстановления и диффузии Sn в семена.
Основная цель этого метода заключается в быстром (т.е. за несколько часов) синтезе сплавов наночастиц водных металлов с использованием водной химии. Первоначально семена Au получают по методу Туркевича11, после чего проводят диффузионный синтез на основе семян, что является общей стратегией при формировании наночастиц случайного сплава8. Следует отметить, что легирование Sn требует относительно короткого времени (~30 мин) в мягких условиях с простым оборудованием по сравнению с другими методами 7,8, которые требуют более высокой температуры, более высокого вакуума или опасных растворителей. Этот процесс может быть выполнен в мягких водных условиях без необходимости обременительного контроля окружающей среды. Полученные сплавы Au-Sn имеют постоянную морфологию, размер, форму и оптические свойства, которые можно контролировать, манипулируя содержанием Sn.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Оборудование и реагенты, использованные в исследовании, перечислены в Таблице материалов.
1. Метод синтеза семян наночастиц Au с цитратной крышкой
2. Синтез биметаллических наночастиц Au-Sn
3. Оптическая характеристика плазмонных биметаллических наночастиц
4. Структурная характеристика плазмонных биметаллических наночастиц
5. Визуализация плазмонных биметаллических наночастиц
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
На рисунке 1 представлены репрезентативные результаты для семян Au и наночастиц сплава Au-Sn. В соответствии с протоколом синтеза семян Au наблюдается отчетливый асимметричный пик поглощения около 517 нм с максимумом экстинкции около 0,7, что соответствует LSPR. Пик синего смещается с добавлением Sn, коррелируя с видимым оптическим изменением цвета образца от бордового к оранжевому и коричнево-коричневому. Дальнейшее синее смещение и уширение пика наблюдаются с повышенным процентом добавлени...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В данном исследовании семена Au получали по методу Туркевича11. В связи с процедурными ограничениями данного метода необходимо быстро выполнить инъекцию 100 мМ тринатрия цитрата в 480 мкл. Если раствор цитрата вводится медленно, могут образовываться полидисперсные частицы с большим распределением по размерам. Кроме того, чистота стеклянной посуды может значительно повлиять на качество и консистенцию семян Au. Если стеклянная посуда не была должным образом очищена перед использованием царской водко...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.
Эта работа связана с наградами Министерства военно-морского флота N00014-20-1-2858 и N00014-22-1-2654, выданными Управлением военно-морских исследований. Определение характеристик было частично поддержано программой Национального научного фонда по основным исследовательским приборам в рамках гранта 2216240. Эта работа также была частично поддержана Массачусетским университетом в Лоуэлле и Содружеством Массачусетса. Мы благодарны исследовательским центрам Массачусетского университета в Лоуэлле.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Микроцентрифужные пробирки Basix | Fisher Scientific | Cat#02-682-004 | |
| Спектрофотометр УФ-видимого диапазона Cary 100 | Agilent Technologies | Cat#G9821A; RRID:SCR_019481 | |
| Cary WinUV | Agilent Technologies | https://www.agilent.com/en/product/molecular-spectroscopy/uv-vis-uv-visnir-spectroscopy/uv-vis-uv-vis-nirsoftware/cary-winuv-softwar | |
| Кристаллография Открытая база данных | CrystalEye | RRID: SCR_005874 | http://www.crystallography.net/ |
| Cu Carbon Type-B Grids (200 меш, 97 и микро; | Ted Pella | Cat#01811 | |
| Direct-Q 3 UV-R Система очистки воды | MilliporeSigma | Cat#ZRQSVR300 | |
| Аналитические весы Entris | Sartorius | Cat#ENTRIS64I-1SUS | |
| Стеклянная круглодонная колба (250 мл) | Fisher Scientific | Cat#FB201250 | |
| Стеклянные сцинтилляционные флаконы | Wheaton | Cat#986548 | |
| Соляная кислота (HCl, NF/FCC) | Fisher Scientific | CAS: 7647-01-0, 7732-18-5 | |
| Тригидрат тетрахлораурата водорода (III) тригидрат (HAuCl4· 3H2O, 99.99%) | Alfa Aesar | CAS: 16961-25-4 | хранится в эксикаторе для постоянства чистоты и стабильности |
| ImageJ | Национальный институт здравоохранения | RRID: | SCR_003070 https://imagej.nih.gov/ij/download.html |
| Isotemp GPD 10 Водяная баня | Fisher Scientific | Cat#FSGPD10 | |
| Isotemp Мешалка с горячей плитой | Fisher Scientific | Cat#SP88857200 | |
| Mili-Q Ultrapure Water (18,2 MΩ-cm) | Система | ||
| Miniflex X-Ray Diffractometer | Rigaku | RRID:SCR_020451 | https://www.rigaku.com/products/xrd/miniflex |
| Модель 5418 Микроцентрифуга | Eppendorf | Cat#022620304 | |
| азотная кислота (HNO3, Certified ACS Plus) | Fisher Scientific | CAS: 7697-37-2, 7732-18-5 | |
| Регулятор температуры вкл/выкл для нагрева мантии | Fisher Scientific | Cat#11476289 | |
| Optifit Стоечные наконечники для пипеток (0.5-200 &; L) | Sartorius | Cat#790200 | |
| Optifit Наконечники для пипеток со стойкой (10-1000 &; L) | Sartorius | Cat#791000 | |
| Philips CM12 120 кВ Просвечивающий электронный микроскоп | Philips | RRID:SCR_020411 | |
| Пипетки (1-10 мл) | США Scientific | Cat#1051-0000 | |
| Поли(винилпирролидон) (PVP; молекулярная масса [МВт] = 40 000) | Alfa Aesar | CAS: 9003-39-8 | хранится в эксикаторе для постоянства чистоты и стабильности |
| Practum Precision Balance | Sartorius | Cat# PRACTUM1102-1S | |
| Магнитная мешалка из ПТФЭ (12,7 мм) | Fisher Scientific | Cat#14-513-93 | |
| Магнитная мешалка из ПТФЭ (25,4 мм) | Fisher Scientific | Cat#14-513-94 | |
| Кварцевая кювета (длина и раз; ширина и раз; высота: 10 мм &раз; 12,5 мм &; 45 мм) | Fisher Scientific | Cat#14-958-126 | |
| Круглая нижняя нагревательная мантия 120 В 250 мл | Fisher Scientific | Cat#11-476-004 | |
| SmartLab Studio II | Rigaku | https://www.rigaku.com/products/xrd/studio | |
| боргидрид натрия (NaBH4, 97+%) | Alfa Aesar | CAS: 16940-66-2 | хранится в эксикаторе для постоянства чистоты и стабильности |
| Наконечники для пипеток SureOne ( 0,1-10 & микро; L) | Fisher Scientific | Cat#02-707-437 | |
| Механический пипетка Tacta (P10) | Sartorius | Cat#LH-729020 | |
| Механический пипетка Tacta (P1000) | Sartorius | Cat#LH-729070 | |
| Механический пипетка Tacta (P10000) | Sartorius | Cat#LH-729090 | |
| Механический пипетка Tacta (P20) | Sartorius | Cat#LH-729030 | |
| Механический пипетка Tacta (P200) | Sartorius | Cat#LH-729060 | |
| Олово (IV) хлорид (SnCl4, 99.99%) | Alfa Aesar | CAS: 7646-78-8 | хранится в вытяжном шкафу и запечатывается парапленкой между использованиями во избежание воздействия условий окружающей среды |
| Тринатрия цитрата дигидрат (C6H5Na3O< sub>7· 2H2O, 99%) | Alfa Aesar | CAS: 6132-04-3 | хранится в эксикаторе для обеспечения постоянства чистоты и стабильности |
| Держатель образцов Si с нулевым фоном | Rigaku |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.