Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

Sentezi, Karakterizasyonu ve Hibrid Au / CdS ve Au / ZnS Çekirdek / Shell Nanopartiküller işlevselleştirilmesi

Published: March 2, 2016 doi: 10.3791/53383

Abstract

Plasmonik nanopartiküller nedeniyle görülebilir spektrumda bulunan ayarlanabilir da kolayca değiştirilebilir bir yüzeye, yüksek bir yüzey alanı ve büyük sönme katsayıları ışık hasat uygulamaları için çekici bir malzemedir. Optik geçişler plasmonik geliştirme görevlerinden dolayı Bu değiştirme olasılığı ve bu tür moleküler boyalar veya kuantum noktalar olarak yakındaki kromoforlar foto-absorpsiyon veya emisyon özelliklerini iyileştirmek bazı durumlarda, popüler hale gelmiştir. Elektronik devletleri geçiş dahil ve artan absorpsiyon ve emisyon oranlarına yol açan perturbing bir kromofor uyarım dipol ile plazmon kutu çift elektrik alanı. Bu geliştirmeler de kritik iki türün mekansal düzenlemesini yaparak, enerji transferi mekanizması tarafından yakın mesafelerde etkisiz olabilir. Sonuçta, plasmonik güneş hücreleri ışık hasat verimliliğinin artırılması, bu nedenle, düşük maliyetli cihazlar ince yol ve olabilir. kalkınmmelez çekirdek / kabuk parçacıklarının ent bu konuda bir çözüm sunabilir. altın nanopartiküller ve kromofor arasındaki dielektrik ara parçasının eklenmesi exciton plazmon birleştirme gücü kontrol etmek ve böylece plasmonik kazanımlarla kayıpları dengelemek için önerilen bir yöntemdir. altın kaplama için ayrıntılı bir prosedür sunulmuştur CdS ve ZnS yarıiletken kabukları ile nanopartiküller. nanopartiküller çekirdek altın parçacıkları ve dış kromoforlar plasmonik geliştirme içine daha doğru bir soruşturma için izin kabuk türlerinde hem de boyut kontrolü ile yüksek tekdüzelik göstermektedir.

Introduction

Altın ve gümüş nanopartiküller fotonik, 1 Fotovoltaik, 2 kataliz, 3 kimyasal / biyolojik algılama, 4 biyolojik görüntüleme, 5 ve fotodinamik tedavi de dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar gelecek teknolojik gelişmeler için potansiyel. 6 görünür uyarma altında olması, yüzey elektronlar için salınım olabilir görülebilir spektrumda gelen ışımayı konsantre kullanılabilecek bir kısmi yüzey plazmon rezonansı (SPR) olarak bilinen bir rezonans oluşturur. Son zamanlarda, değerli metal nanopartiküller gelişmiş ve ayarlanabilir işlevselliği ile melez nanopartiküller üretmek için yarı iletken ya da manyetik nanopartiküller ile kombine edilmiştir. Böyle Ouyang ve ark., 9 veya Chen ve ark., 10 çalışmasında olarak 7,8 Yeni edebiyat, göstermiştir hibrid türlerin homojenliği bu parçacıklar sentezi, ancak sınırlı bir kontrol olasılığı nedeniyle mümkündürBir altın nanoparçacık boyutları dağılımı ve büyüme her aşamasında fiziksel karakterizasyonu ile birleştiğinde optik karakterizasyonu eksikliği bileşik. Zamkov ve ark. Kabuk oluşumunda benzer tekdüzelik gösterdi ama sadece bir kabuk kalınlığı tam olarak nanopartiküller etrafında oluşan bazı kabukları ile farklı çekirdek boyutları ile kullanılmıştır. etkin bir şekilde bu nano-tanecikleri yararlanmak için, hassas optik cevap bilinmelidir ve kabuk kalınlıkları çeşitli karakterize edilir. Kabuk kalınlığı yüksek hassasiyet son hibrid türleri üzerinde daha yüksek kontrol sonuçlanan şablon olarak tek dağılımlı sulu altın parçacıkları kullanılarak gerçekleştirilebilir. Çekirdek ve kabuk arasındaki etkileşim nedeniyle yarı iletken malzemenin az miktarda ve altın çekirdek yakınlığı emilim veya emisyon oranlarında sınırlı kontrastlanma gösterebilir. Bunun yerine kabuk ve altın parçacık bulunan yarıiletken arasındaki etkileşimin, kabuk kullanımı olabilirbir ara parçası olarak d harici kromofor arasındaki mesafeyi sınırlamak için. Bu 11 plazmon süre arasındaki mekansal ayrılık üzerinde yüksek kontrol için izin verecek, metal yüzey ile doğrudan temas sonuçlarını inkâr.

Yüzey plazmon rezonansı ve kromofor üretilen eksiton arasındaki elektronik etkileşimin derecesi, doğrudan etkileşim metal ve yarı iletken türleri arasındaki mesafe, yüzey çevre ve gücüne orantılıdır. 12 tür daha büyük mesafeler ile ayrılmış olduğunda 25 nm, iki elektronik durumlar soğukkanlı kalır ve optik cevap değişmeden kalır. parçacıklar daha yakın temas ve (ışınımsız oran geliştirme veya Forester Rezonans Enerji Transferi üzerinden herhangi bir uyarım enerjisi söndürme neden olabilir zaman 13 güçlü kavrama rejimi hakim olduğu FRET). kavrama gücü 14,15 Manipülasyon, tuning th tarafındankromofor ve metal nanoparçacık arasında e aralık, hem de olumlu etkilere neden olabilir. nanoparçacık söndürme katsayısı nanopartiküller çok daha etkili bir olay ışık konsantre sağlayan, çoğu kromoforlar daha büyük büyüklük emir olabilir. Nanopartikülün artan uyarma etkinliğini kullanarak kromofor yüksek uyarma oranlarının neden olabilir. Uyarma dipol 12 Kuplajını da ışınımsız oranları etkilenmez ise, kuantum verimi artışa yol açabilir kromofor emisyon oranını artırabilir. 12 Bunlar etkileri nedeniyle lokalize yüzey durumlarının mevcudiyetine altın ve yarı iletken tabakadan yük ekstre kolaylığı emilmesi kesiti ile kolaylaştırılmış güneş hücreleri veya artan absorbans filmler ve fotovoltaik verimliliği, neden olabilir. 12,16 Bu çalışmada ayrıca af olarak plazmon birleştirme gücü hakkında yararlı bilgiler verecektirmesafe unction.

Lokalize yüzey plazmon yaygın nedeni yerel ortama plazmon rezonansı hassasiyetine 17 ve algılama 18 uygulamaları algılama kullanılmıştır. Cronin ve arkadaşları., Altın nano partiküller eklenerek geliştirilebilir TiO2 filmler katalitik etkinliği göstermiştir. Simülasyon aktivitesi bu artış daha sonra exciton üretim fiyatlarını arttırır TiO2, oluşturulan eksitonlar ile plazmon elektrik alanının bağlanması bağlı olduğunu göstermiştir. Schmuttenmaer ve diğ., Gösterdi 19 boya hassas (DSSC) etkinliği güneş pilleri Au / SiO2 / TiO2 agrega eklenmesi ile geliştirilebilir. Agrega frekansların daha geniş bir aralığı üzerinde optik emilimini artırmak geniş lokalize yüzey plazmon modları oluşturulması yoluyla emilimini artırır. 20, Li ve arkadaşları başka Literatürde. Gözlemlemekkararlı durum floresan floresan ömür boyu d anlamlı bir azalma yanı sıra mesafe bağımlı geliştirme, tek bir CdSe / ZnS kuantum nokta doğrudan bağlanması ve tek altın nano ile gözlenmiştir. 21, bu plasmonik donanımın tam olarak yararlanmak için, bir var iki tür arasındaki bir dizi mesafelerde fiziksel bağlantı için gereklidir.

Hibrid Nanopartiküller Sentezi

Jiatiao ve ark., Düzgün ve ayarlanabilir kabuk kalınlıkları elde etmek için, bir katyonik değişim ile altın nano partiküller üzerine kaplama yarı iletken malzemeye bir yöntem açıklamıştır. kabukları eşit kalınlıkta, ama altın şablonları çok dağılımlı değildi. Bu parçacığa parçacık ve bu nedenle kavrama gücü altın oranı yarıiletken değiştirecektir. Bu çekirdek kabuğu nanopartiküller optik özellikleri hakkında 9 derinlemesine bir çalışma Reprod geliştirmek amacıyla, yapılmıştırucible sentetik metot. Önceki yöntemler nedeniyle altın nanoparçacık boyutunda homojen geniş plazmon tınısına örnekleri üretebilir organik bazlı nanoparçacık sentezi, güveniyor. Altın nano partiküller bir tadil edilmiş sulu sentez zaman uzun süreler için stabilitesi olan bir tekrar üretilebilir ve tek dağılımlı altın nano partıkuler şablonu sağlar. Sulu yüzey aktif madde, setil trimetil amonyum klorür nedeniyle yakın setil trimetil amonyum klorür moleküllerinin uzun karbon zincirleri arasındaki etkileşime nanopartikül yüzey üzerinde bir çift tabaka meydana getirir. 22 Bu kalın yüzey tabakası nanopartikül yüzeyine erişim fazla yüzey kaldırıp izin vermek için dikkatli bir yıkama gerektirir ama nanoparçacık boyutu ve şekli üzerinde daha yüksek kontrol sağlayabilir. 23 gümüş kabuk sulu eklenmesi kabuk kalınlığı ve optik özellikleri arasında daha samimi bir korelasyon giden yüksek hassasiyet ile kontrol edilebilir. 23 askorbik ac yoluyla daha yavaş bir azalmaID çözelti içinde gümüş nanopartikülleri oluşumunu önlemek için, çok hassas olması gümüş tuzu ilave edilmesini gerektiren, altın yüzey, gümüş biriktirilmesi için kullanılır. Üçüncü adım, sülfür, büyük miktarda bir organik faza ilave edilecek ve sulu nanopartiküllerin bir faz transfer gerçekleşmelidir gerektirir. Bir kapatma maddesi ve nanopartiküller, muntazam bir faz transfer maksadı hem de hareket edebilir bir organik sınırı madde ve oleik asit gibi oleilamin eklenmesiyle, şekilsiz bir gümüş sülfür kabuğu nanopartiküller yaklaşık oluşturulabilmektedir. 9,24 konsantrasyonu bu moleküller, bu adımda nanopartiküllerin toplanmasını önlemek için yeterince yüksek olmalıdır, fakat çok fazla aşırı saflaştırma zorlaştırabilir. tri bütil fosfin ve bir metal nitrat (CD, Zn veya Pb) varlığında, şekilsiz bir sülfid kabuk içinde bir katyonik değişim yapılabilir. Reaksiyon sıcaklıkları metal 9 farklı reaksiyona modifiye edilmelidirve herhangi bir aşırı kükürt bireysel kuantum noktaların oluşumunu azaltmak için ortadan kaldırılmalıdır. her bir sentez aşamasındaki nanopartikül yüzey ortamında bir değişiklik, bu yüzden, plazmon bir değişiklik, bir dielektrik alanı çevreleyen plazmon frekansı bağımlılığı dikkate alınmalıdır karşılık gelir. Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM) karakterizasyonu bir fonksiyonu olarak optik emme benzer bir çalışmanın nano-tanecikleri karakterize etmek için kullanıldı. Bu sentetik prosedür mikroskopi ve spektroskopi verilerinden daha iyi bir korelasyon sağlayan iyi kontrollü ve düzgün örnekleri ile bize sağlayacaktır.

Fluorophores Kavrama

Bir plasmonik metal yüzey ve bir floroforla arasındaki dielektrik mesafe tabakasının uygulanması metal içine oluşturulmuş eksitonlar arasında radyatif olmayan enerji transferi bağlı kayıpları azaltmak için yardımcı olabilir. Bu boşluk tabaka ayrıca florofor arasındaki mesafe bağımlılığı çalışma yardımcı olabilirmetal bir yüzeyin üzerine plazmon rezonans. Bizim dielektrik aralık katmanı olarak hibrid nanopartiküllerin yarı iletken kabuk kullanıyorsanız öneriyoruz. Kabuk kalınlığı 2 nm kesin mesafe korelasyon deneyleri yapılacak sağlayan 20 nm arasında değişen kalınlıklarda nanometre hassasiyetle ayarlanabilir. Kabuk ayrıca mesafe değil, aynı zamanda dielektrik sabiti, elektronik bant düzenlemesi ve hatta kristal kafes parametreleri sadece üzerinde kontrol sağlayan, Cd, Pb veya Zn katyon ve S, Se ve Te anyonlar ile ayarlanabilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Altın Nanopartiküller 1. Sentezi

  1. eldiven kutusu altın tuzunu tartın ve volümetrik bir şişede, su ile sulandırıldı, daha önce su regia ile temizlenmiş bir şişeye ekleyin. Altın stok çözeltisi için 100 ml su içinde 1 mM altın (III) klorid trihidrat (393,83 g / Mol) hazırlayın.
  2. çözünme için yaklaşık 60 ° C arasında, 25 ml su içinde, 3.2 g katı madde CTAC (320 g / mol) ve ısı tartılır. Oda sıcaklığına soğutulur ve 0.2 M setil trimetil amonyum klorür (CTAC) maddesinin hazırlanması için bir hacimli şişe içinde su ile 50 ml ile seyreltin.
  3. 1 mM altın sarısı çözelti 20 ml ve 60 ° C'ye ayarlanmış bir yağ banyosunda şişesi ve kaynayan yuvarlak alt içinde 0.2 M CTAC çözeltisi 20 ml karıştırın. 10 dakika boyunca karıştırın izin verin.
  4. Altın / CTAC çözeltisine (1 mol oranı 1), katı bir boran tert-butil amin (86,97 g / mol) ve 30 dakika boyunca karışmaya bırakıldı 1.7 mg ekleyin.
    Not: Çözüm derin kırmızı renkte olmalıdır. Elde edilen çözelti bir altın partikül konsantrasyon derecesinden varve yaklaşık 5 um arasında bir zaman ay depolanabilir veya reaksiyon sonraki aşaması için hemen kullanıldı.

Gümüş 2. Kaplama

  1. gümüş kabuğu ile kaplamak için nanopartiküller kesin reaktif miktarda kullanın. Kabuk yarı iletken kabuk boyut ve şekil için şablon sağlayacaktır. Hassas reaktif miktarları da gümüş parçacıklar çekirdeklenme engellemeye yardımcı olacaktır.
  2. İlk cm3, çekirdeğin hacmi hesaplamak ve altın yoğunluk kullanılarak parçacık başına kütle dönüştürmek. Örneğin, çekirdek hacmi hesaplamak için, 1767,15 mil 3 bir hacim elde etmek için 15 nm çapında küresel bir nanoparçacık kabul ve daha sonra 3 (1.77 x 10 -18 cm 3) cm dönüştürmek. Parçacık başına kitle (3.41 x 10 17) hesaplamak için altın (19,3 cm 3) yoğunluğuna göre hacmini çarpın.
    1. 5.3 uM altın nano partıkuler çözeltisi 10 mi, s 5.30 x 10 -8 mol kullanılmasıyazılar mevcuttur. Mol kütleye göre çarpın çözeltisi (1.04 x 10 5 g) altın mevcut kütlesini hesaplamak için verir. (3.06 x 10 11) mevcut altın parçacıkları sayısını bulmak için parçacık başına kütlece çözeltide altın kütlesini bölün.
    2. (6.41 cm3 (8.18 x 10 ila 18 cm3) içindeki bir 5 mil bir kabuk kalınlığı Nanopartiküllerin hacmini hesaplar ve çekirdek nanopartikül (1.77 x 10 -18 cm3) kabuk hacmini belirlemek için hacmi bu çıkarma x 10 -18). Altın parçacıkları sayısının ve gümüş yoğunluğu (2.33 x 10 -4) ile çarpılarak gümüş kütlesine bu hacim dönüştürün. 1-10 nm aralığında kabuk kalınlıkları bu çalışmada kullanılacaktır.
    3. 5 nm kabuk yarıçapı (2.33 x 10 -4) için gerekli gümüş mol gümüş kütlesi dönüştürün. bu değerden, 4,0 mM gümüş nitrat 540 ul) çözeltisi gerekli f hacmini hesaplamakveya altın miktarı, başlangıç ​​çözeltisi (10 mi) içinde kullandı.
  3. 4,0 mM iyodinin 3 (169.87 g / mol), 5 ml su içinde bir çözelti hazırlayın. 70 ° C yağ banyosu içinde, 20 mM çözelti yapmak için askorbik asit stok altın nanopartiküllerinin 10 ml karıştırın.
  4. damla damla altın ve askorbik asit çözeltisine gümüş solüsyonu ilave edildi ve reaksiyon 2 saat karışmaya bırakın.
    Not: Reaksiyon reaksiyon boyunca koyu turuncudan (kalın kabuk) hafif turuncu (ince kabuk) dönecek.
  5. 10 dakika boyunca 21.130 xg'de nanopartiküller Santrifüj ve temiz suya yeniden disperse. Çıplak altın nanopartiküller ya da meydana gelmiş olabilir gümüş nanopartikülleri çıkarılmasına yardım etmek için pelet nanopartiküller süpernatant süzün.

Gümüş Sülfür ile Shell 3. Dönüşüm

  1. Deney, önceki aşamada kullanılan gümüş: 1 molar oranında 200 elemental kükürt tartılır. Au / Ag çekirdek-kabuk 10 mltanecikler ve 5 mil kabuğu, 3 oleilamin üzerine ilave edildi ve 10 mi toluen içinde oleik asit 1.5 mi çözülür.
    1. 10 dakika boyunca 21.130 x g'de santrifüjleme ile, gümüş kolloidler konsantre edilir ve 1 ml su içinde dağıtılır.
      Not: Bu adım, gümüş kabuk oluşması üzerine organik katman, sulu tabakadan ekstraksiyon verimini artırır.
  2. , Kolloidler damla damla kükürt çözeltisine 1 saat süreyle tepkimeye sokuldu.
    Not: kükürtleme tamamlama gider olarak çözüm mor (kalın kabukları) koyu mavi (ince kabukları) dönecek.
  3. Reaksiyon solüsyonuna su ve reaksiyona girmemiş kükürtü bertaraf etme 2 saat karıştırıldı sonra 10 dakika boyunca 4000 x g'de koloidal bir çözelti santrifüjleyin. Gerekirse, sonication temiz toluen içine nanopartiküller yeniden dağıtmak.
    1. tolüen içinde dağıtmak için 30 saniye ile 1 dakika bir banyo sonikatörü içinde nano-tanecikleri sonikasyon.
      Not: Aşırı oleilamin veya oleikasit çözeltisi düşebilir ve beyaz bir katı solüsyonun boşaltılarak, bu adımdan sonra çıkarılabilir.

4. Katyon Değişimi

  1. Cd 0.2 M'lik bir çözelti yapmak için, 1 ml metanol içinde metal nitrat çözülmesiyle metal ön maddesinin Yap (NO 3) ya da Zn (NO 3).
    Not: 0.8 M çözelti, çözeltinin metanol miktarını azaltmak için daha kalın kabukları için kullanılabilmektedir.
    1. gümüş 1 molar oranda: 1 gümüş sülfür kabuklu nanopartiküller metal çözüm karıştırın. bir nitrojen atmosferi altında çinko kabuklar için Kadmiyum kabuk için 50 ° C ve 65 ° C de ısıtılır.
  2. Metal ön 1 mol oranında: 500 tri-butil fosfın ekleyin. reaksiyon süreleri Kadmiyum 2 saat ve çinko için 20 saattir.
  3. meydana gelmiş herhangi bir izole edilmiş CD veya ZnS nano-tanecikleri uzaklaştırmak için, 10 dakika boyunca 21.130 x g'de santrifüj ile saflaştırılır. pelet haline nanopart DispersBu heksan, tolüen ya da kloroform gibi temiz bir polar olmayan çözücü içinde icles.

Oleilamin 5. ligand değiş-tokuşu

  1. bir santrifüj tüpü içinde, toluen içinde koloidal çözeltiye 1.5 kat hacim oranında etanol ile nanopartikül çözüm karıştırın. 10 dakika boyunca 4.000 xg'de santrifüj nanopartiküller pelet.
  2. etanol ve katı maddeleri toplamak bir kez daha santrifüj ile nano-tanecikleri yıkayın.
    Not: parçacıklar bu aşamada saklanan, ancak etanol çıkarılması toplanmasını önlemek için gereklidir edilebilir.
  3. kabuk bağlanmamış katyonik sites üzerinden yüzeye bir nükleofilik bağlayıcı grup ile ligandları bağlama. 11-mercaptoundecanoic asit ve 3,4-diaminobenzoik asit nanopartiküller suda çözünür ayrılmak uygun moleküllerdir.
    1. , Fazla miktarda nativ oleat moleküllere göre yaklaşık 10 kat daha yüksek bir konsantrasyona ligand çözeltisi içine nano partikülleri dağıtılır. Oda sıcaklığı o parçacıkları Stirvernight kalan oleat moleküllerin yer değiştirmesine izin vermek.
    2. 10 dakika boyunca 4.000 xg'de çözüm santrifüj. Katı nanopartiküller toplamak için 10 dakika bir kez daha için 4.000 xg'de metanol ve santrifüj ile topak haline parçacıklar yıkayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Üç farklı yüzey aktif altın nanopartiküllerinin Normalleştirilmiş emme spektrumu Şekil 1 'de gösterilmiştir. Kullanılan yüzey aktif maddeler oleilamin, tetradesil trimetil amonyum klorür (TTAC) ve setil trimetil amonyum klorürdür. CTAC ve TTAC yüzey aktif dar plazmon rezonans soğurma bandı göstermektedir.

indirgeyici ajan miktarı, sadece FWHM, ancak elde edilen nano partiküler solüsyonlarının pik konumunu etkiler. Şekil 2'nin incelenmesi indirgeme maddesi daha düşük bir miktarı ile daralan pik gösterir.

Absorbans izleri (Şekil 3) bir Gauss ile uygun ve FWHM altın oranı indirgeme maddesi karşı grafik haline getirilmiştir. dar FWHM Örnek altın nano partıkuler sentezini optimize etmek için kullanıldı. Bu verilerden, bir 1: reduci 1 mol oranıaltın ng maddesi en tek dağılımlı partikülleri üretir. arsa hata verilerine Gauss uyum sapma hesaplanır.

yüzey aktif madde olarak TTAC kullanılarak altın nanopartiküllerinin sentezi, yaklaşık 25 nm'lik bir çapa sahip, küresel parçacıklar üretir. Şekil 4'te gösterilen görüntüler, yaklaşık 2.3 Â latis aralığı (Literatürde verilen değer = 2.355 A) ile birlikte, tek kristal yapılı parçacıkların bulmak ImageJ yazılımı kullanılarak analiz edildi. 22 nanopartiküller 0.02 nm, standart sapma göstermiştir.

yaklaşık 16 nm'lik bir çapa sahip altın nanopartikülleri yüzey aktif madde olarak CTAC sentez yoluyla elde edilmiştir. Şekil 5 görüntüler yaklaşık 2.3 Å kafes aralığı (edebiyat değeri = 2.355 Å) tek kristal yapıda parçacıkların bulmak için ImageJ yazılımı kullanılarak analiz edildi.

Farklı kalınlıkta (Şekil 6) gümüş kabukları altın nanopartiküllerinin absorbans spektrumlandır, yüzey içerisinde doğasına plazmon rezonansı önemli bir bağımlılık göstermektedir. izleri açık maviye koyu gitmek gibi, gümüş kabuk kalınlığı artar. yaklaşık 60 MeV spektrumunda mavi bir kayma kalın gümüş kabuğu ile yaklaşık 3.0 eV 2.38 eV karakteristik altın zirveden, yüzey plazmon rezonans görülmektedir.

Ayrı altın ve gümüş nano-tanecikleri içeren numuneler, Şekil 7'de oranları değişebilir biz üretilen spektrumdan bkz. Gümüş nanopartikülleri oluşumuna karşı, Şekil 6'da görülen yüzey plazmon rezonansı, mavi kayması, gümüş kaplama kaynaklanmaktadır. rezonans değilGümüş kabuk için olduğu gibi geçiş değil artar veya türlerin fazla olan bağlı yoğunluğu azalır. Gümüş fazla olduğunda altın nanopartiküller yüksek konsantrasyonda olduğunda 2.5 eV zirve belirgin iken rezonans etrafında 3,0 eV daha belirgindir.

3 nm'de (üst), 5 mil (orta) ve 7 nm (alt) yarıçapı gümüş kabukları altın nanopartiküllerinin TEM Fotoğraflar ImageJ yazılımı kullanılarak analiz edildi. Şekil 8'de parçacıklar, FCC gümüş (2,5 A) 25, aynı zamanda, izole edilmiş, gümüş partiküllerinin yokluğunda benzer yaklaşık 2.6-2.7 Angstrom kafes aralığı ile bir kristaldir. İç altın nanopartiküller de aralık 2 Å etrafında değerleri ile çıplak altın nanopartiküller biraz daha küçük olduğunu bulmak için analiz edildi. Kabuk yatırılır Bu nanopartiküller stres yeri küçük bir miktar nedeniyle olabilir. tümkabuk kalınlığı üniforma ve birkaç numune bir uzatılmış ucu ile hafifçe asimetrik kabuk sahip, çoğunlukla küresel görünüyor. Daha büyük kabuk kalınlıkları daha muntazam olması gibi görünüyor Bu uzama, küçük kabuk boyutlarda daha belirgindir.

Bir gümüş sülfür kabuk ilavesiyle plasmonik tepe ilerlemesi gösterilmiştir. Şekil 9'da spektrumunun analizi, plazmon zirve nedeniyle yarı iletken bant aralığı gümüş sülfür ve katkı büyük kırılma indeksi etkisine gümüş sülfür kapsama artan kırmızı değişen gösterir.

Gümüş ile kaplanmış altın nanopartiküllerinin absorbans spektrumu 400 nm etrafında bir plasmonik ucu göstermektedir. Şekil 10 analizleri göstermektedir ki, sodyum sülfit ilave edildikten sonra, bir 1: Shell gümüş 1 molar eşdeğer, bir plazmon Reso bir kaybolmasıNance oluşur.

Şekil 10 benzer bir özelliksiz spektrumu da Şekil 11 'de gözlenmektedir. Gümüş taneciklerin koloidal çözeltiye, sodyum sülfit çözeltisi ekleme. Reaksiyon için bir kükürt kaynağı kullanımı Bu yol açmaktadır.

Şekil 12'de gösterilen nanopartiküllerin TEM görüntüleri, şekilsiz veya kristalli olabilir parçacıkların bulmak için ImageJ yazılımı kullanılarak analiz edildi. nanopartiküllerin çoğunda, hiçbir kristal kafes saçaklar nedeniyle ancak kristallik birkaç küçük bölgeler monoklinik gümüş sülfür için literatür değerlerine tutarlı 2.38 Å, bir aralıkla görüldü amorf doğa için kabuğunda çıktı. Genel olarak, gümüş sülfür kabuğu 1.8'lik bir standart sapma ile biraz daha önceki gümüş kabukları daha büyük ama çok düzgün ve küresel eğilimimil. İç altın nanopartiküller de 3.51 Å aralığı ile onların tek kristallik korudu. Altın kafes Bu sürekli sıkıştırma kabuğundan stresi artırdı teori altın parçacığın bir sıkıştırma neden oluyor destekler.

CdS farklı kalınlıklarda ile kaplanmış altın nanopartiküllerinin absorbans spektrumu, Şekil 13'te, ince CD'ler için plasmonik emme geniş tepe 2.25 eV etrafında olan kabuk gösterir. absorbans yaklaşık 2,5 eV oluşturan geniş omuzları ile kalın kabukları başta olmak üzere özelliksiz hale gelir. Bu kaymalar kırılma indeksi ve nanoparçacık dielektrik çevre ve yüksek enerji "hörgüç" değiştirmek için isnat edilebilir yarıiletken kabuk doğrudan emilimine bağlı olabilir.

TEM görüntüleri ImageJ kabuk hanın kafes aralığı etkiliyor olabileceğini göstermektedir kullanılarak analizer Şekil 14. İç altın parçacık gözlenen benzer bir trend ile altın parçacık, bunun tek kristallik korudu ama etrafında 3.51 Å dar bir kafes aralığı göstermektedir. CdS analiz kabukları her kalınlıkta yüksek monodispersiteye göstermek ve nanoparçacık hiçbir toplama görülmektedir ortalama 6.00 Å, Çinko-Blende kristal yapı ile tutarlı. 26 aralık gösterdi kabuk. Görünüyor nerede 27 Birkaç nanopartiküller, küçük bir nokta gösterdi kabuk kapsama eksikliği. Bunun nedeni amorf aksine bazı bölgelerde gümüş sülfür olan kristalin için katyon değişim o bölgede gerçekleşmesi için bir yetersizlik neden olabilir. Birkaç parçacıklar belki üç kabuk türlerin dışında büyük sapma vardı gümüş sülfür şablonuna sonra yapılandırılmış biraz daha büyük bir genişlik, bir küresel geometriden sapma gibi görünüyor.

Absorbans spektrumu gözlemlemek olabiliraltın nanopartiküller d ZnS 10 nm ile kaplanmış. Şekil 15'te spektrumlarının analizi, rezonans CdS kabuk çok benzer, ancak gösterir, mavi-kaydırılmış aynı çapta CdS kabuktan 100 MeV tarafından 2.15 eV bir plasmonik zirve ile.

Şekil 16'da gösterilen TEM görüntüleri görülen yaklaşık 3.51 Â biraz daha dar bir boşluk eğilim devam. ZnS kabuk analizi ortalama 5.31 Â aralığı gösterdi ZnS kaplanmış nanopartiküller iç altın parçacığı, bunun tek kristallik muhafaza bu Çinko Blende kristal yapı ile tutarlıdır. 26 kabukları yaklaşık 10 nm'lik bir ortalama çapa sahip aynıdır. kabukları Cd göre hafif Zn elektron daha düşük miktarda kaynaklanmaktadır CdS kabukları daha incedir. Homojen olmayan hala th önceden varolan kusurları ya bağlı olabilir bir kaç parçacıklar meydanaE gümüş sülfür kabuk veya daha uzun reaksiyon süresi ve ZnS katyon değişim reaksiyonu için gerekli olan yüksek sıcaklıklar.

Mercaptoundecanoic asit ve 3,4-diaminobenzoik asit Nanopartiküllerin FTIR spektrumu şekil 17 de görülmektedir. Moleküller mercaptoundecanoic asit (mavi) ve 3,4-diamino-benzoik asit için iki amin grubu (kırmızı için tiol grubu aracılığıyla bağlanacak ). spektrumları değişen yüzey kapsama onaylamak için oleilaminin ile nanopartiküller karşılaştırılır. Oleilamin başlıklı parçacıklar (siyah) için önemli bir özellik mevcut 3.450 cm çevresinde bulunan çok geniş bir NH streç -1. Bu, amin azotunda protonlara nanopartiküllerin yakınlığı düzensiz uzanan moduna bağlı olabilir. Karbonil streç mercaptoundecanoic asit ile kaplı parçacıklar için FTIR spektrumu çok belirgindir, ancak yaklaşık 1.550 cm bulunmaktadır-1. 3,4-diaminobenzoik a içindecid kaplı nanopartiküller, küçük bir karbonil streç bantları ayrılır ama ana özelliği etrafında 3.300 cm -1 meydana karakteristik OH streç olduğu görülmektedir.

5 mil çapında CdS Nanopartiküllerin kabuk ve yüzey aktif madde olarak oleilamin (siyah) veya mercaptoundecanoic asit (kırmızı), ya Şekil 18'de görülmektedir. Nanopartiküller mercaptoundecanoic asit oleilamin ve etanol toluen içinde dağıtılır. Yüzey plazmon rezonansı hafif genişlemesi ve etanol mercaptoundecanoic asit başlıklı nanopartiküller için gözlenen kırmızı değişimi ile iki ligandlar için hemen hemen aynıdır.

Şekil 1
Şekil 1: altın nanopartiküller absorbansı spektrumları Ctac ile sentezlenen altın nanoparçacıkların absorbans spektrumları karşılaştırılması (das.hed hat), TTAC (düz çizgi) ve oleilamin (ince noktalı) çizgi yüzey aktif.

şekil 2
Şekil 2: CTAC ve altın ön indirgeyici madde amin bazlı tert-butil değişen oranları ile sentezlenen altın nanopartiküllerinin absorbans spektrumlandır oranları 23 arasında değişir. 1 ila 1: 1 arasındadır. 1 altın oranı ve indirgeyici ajan miktarı azaldıkça izleri açık mavi koyu değiştirmek: siyah iz 23 temsil eder.

Şekil 3,
Şekil 3:. Absorbans hattı şekil spektrumunun Gauss uyum alınan yarım maksimum tam genişliğinin karşılaştırması X ekseni örnek altın öncüsünün mol indirgeyici madde oranı ve y-ekseni temsil FWHM olan Gauss uyumabsorbans izine.

Şekil 4,
Şekil 4:. TTAC ile sentezlenen altın nanopartiküllerin TEM görüntüleri TEM görüntüleri 200 kV hızlandırma gerilimi elde edilir ve ölçek çubuğu 100 nm.

Şekil 5,
Şekil 5:. Ctac ile sentezlenen altın nanopartiküllerin TEM görüntüleri TEM görüntüleri 200 KV edinilen voltajda alınır ve ölçek çubuğu 10 nm.

Şekil 6,
Şekil 6: su ​​(siyah en sağda) ve çeşitli gümüş kabuk kalınlıkları dağılmış altın nanopartiküller normalize absorbans spektrumları. sol (bla sağdan Gümüş kalınlığı artar açık mavi ck).

Şekil 7,
Şekil 7:., Çeşitli oranlarda altın ve gümüş nanopartikülleri karışımlarından absorbans spektrumlandır gümüş partiküllerinin yüksek miktarda geri eğrisi ile ve altın parçacıkları miktarı arttıkça temsil edilir, izleri açık mavi olur.

Şekil 8,
Şekil 8: yarıçapı 3 nm gümüş kabuk kalınlıkları (üstte) ile kaplanmış sentezlenen altın nanopartiküllerin TEM görüntüleri; Yarıçapı (orta) 5 nm ve 7 nm yarıçapı (alt). TEM görüntüleri 200 kV hızlandırma gerilimi elde edilir ve ölçek çubukları 20 nm (üstte) ve 10 nm (orta ve alt) vardır

/53383fig9.jpg "/>
Şekil 9:. (Yeşil ve kırmızı mavi) gümüş sülfür kabukları ile altın nanopartiküller (siyah) Normalize absorbans spektrumları kalın gümüş alt plazmon rezonans sülfid.

Şekil 10,
Şekil 10:. 1 mol: gümüş bir kabuk ve sülfür ilave edilmesinden sonra, altın nanopartiküllerinin Normalleştirilmiş absorbans spektrumlandır siyah iz altın nano-tanecikleri temsil eden mavi gümüş bir kabuk ve kırmızı iz altın 2 içinde sodyum sülfit ilavesinden sonra gerçekleştirilebilir kabuk gümüşe göre oranı.

Şekil 11,
Şekil 11: normalize edilmiş emmeye gümüş nanopartikülleri spektrumu önce (kırmızı) ve sodyum sülfid (siyah) ilave edildikten sonra. ong> nanopartiküller emme deneyleri için suya dağılır.

Şekil 12,
Şekil 12:. 5 (üst iki görüntü) ve 15 nm kalınlıkta (alt resim) ile gümüş sülfür kabuğu ile kaplanmış sentezlenen altın nanopartiküllerin TEM görüntüleri TEM görüntüleri 200 kV hızlandırma gerilimi elde edilir ve ölçek çubukları 50 nm (üst) ve 5 mil (alt).

Şekil 13,
Şekil 13: altın / CdS nanopartiküllerin normalize absorbans spektrumları. CdS olmadan Altın nanopartiküller kırmızı renkle gösterilmiştir. Ince CdS kabuk (1 nm çapında) siyah gösterilir ve kalınlığı arttıkça, izleri daha hafif bir mavi gidin.

p_upload / 53383 / 53383fig14.jpg "/>
Şekil 14:. CdS ile kaplı sentezlenen altın nanopartiküllerin TEM görüntüleri 3 nm yarıçapı (üst), 5 nm yarıçapı (orta) ve 7 nm yarıçapı (alt) kalınlıkları TEM görüntüleri 200 kV hızlandırma gerilimi ve ölçekte elde edilir shell çubuk 100 nm (üst), 20 mil (orta) ve 5 mil (alt) vardır.

Şekil 15
Şekil 15:. Bir 5 nm yarıçapı ZnS kabuk (kırmızı iz) ile altın nanopartiküller Normalize absorbans spektrumları herhangi kabuk olmadan Altın nanopartiküller siyah gösterilmiştir. mavi eğri aynı kalınlıkta CdS ile kaplanmış aynı altın nanoparçacık örneğidir.

Şekil 16
Şekil 16: sentezlenmiş altın nanopartic TEM görüntüleriLes 5 mil çapında kalınlığında bir ZnS kabuk ile kaplanır. TEM görüntüler 200 kV hızlandırma gerilimi elde edilir ve ölçek çubukları 100 nm (üst), 10 mil (alt) vardır.

Şekil 17
Şekil 17:. Oleilamin (siyah) Nanopartiküllerin FTIR spektrumu, mercaptoundecanoic asit (mavi), ve 3,4-diaminobenzoik asit (kırmızı) gösterilmiştir FTIR spektrumu, kurutuldu nanopartiküllerin Katı numuneler alınır.

Şekil 18
Şekil 18:. Kırmızı spektrumları siyah mercaptoundecanoic asit içinde CdS kabuk 5 mil çapı ve farklı yüzey ligandları oleilamin altın nanopartiküllerinin normalize edilmiş emmeye tayfı tolüen (oleilamin) ve etanol (mercaptoundecanoic asit) çözücüler olarak elde edilir.Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Altın nanopartiküller

Yüksek kaliteli çekirdek-kabuk nano-tanecikleri temin etmek için, altın nanopartiküllerinin tek dağılımlı bir örneği şablon olarak ilk sentez edilmelidir. 28,29,30 Bunun yerine oleilamin başlıklı uzun zincirli tertier aminler kapaklı nanopartiküller üretmek için, altın nano partıkuler sentez modifiye nanopartiküller. Oleilamin başlıklı nanopartiküllerinin tek dağılımlı boyut aralığının gösterge oldukça dar plazmon rezonansı göstermektedir ancak parçacıklar tert-butil amin kullanılarak indirgenmesi yoluyla sentezlenir ve üretimi, uzun zincirli tertier aminler başlıklı nanopartikül mevcudiyetinde önemli ölçüde daha dar bir rezonans pik gösterir . boyutları değişkenlik kabuk malzemeler için hesaplanan habercisi hacimleri yanlışlıklar sağlayabilir. Kullanılan diğer başlangıç ​​altın şablonu, koloidal altın çözeltisi absorpsiyon spektrumunun FWHM altın oranı indirgeme maddesi etkisi üzerine bir çalışma optimize etmek için. Ayrıca, indirgeyici madde miktarı,Elde edilen nanopartiküllerin boyutunu etkileyecek gibi görünüyor, en uzun dalga boyu çözümleri de büyük bir boyut dağılımının göstergesi daha büyük bir FWHM göstermektedir. küçük genişliğe arasından 1: FWHM 1 bir oranı ile, indirgeyici madde oranı doğrudan bağlıdır. Daha istikrarlı bir indirgeme oranı ve dar boyut dağılımına sahip çekirdeklerin üretebilir boran tert-butil amin ve HAuCl 4 stoikiometrik eşdeğer bulunmaktadır sağlanması vardır. Küçük gözlemlenebilir boyut veya geometrik varyasyon Ctac veya daha kısa karbon zinciri TTAC ile sentezlenen numunelerin içinde görülür, ancak TTAC parçacıklar CTAC kaplı parçacıklar (16 nm) görüntüleri kullanılarak analiz edilmiştir kıyasla biraz daha büyük bir çapa (25 nm) sahip ImageJ yazılımı yaklaşık 2.3 Å (edebiyat değeri = 4.07 Å) kafes aralığı ile tek kristal olmak parçacıkların bulmak için. parçacıklar TTAC örnekleri ve slightl 0.02 nm ortalama çapı bir standart sapma ile tek dağılımlıCTAC örnekleri için 0.4 nM y yüksek sapması. Orada bazı parçacık örtüşme ama genel olarak çok az toplama görülebilir. Bu yöntem ile olası sorunlar indirgeme maddesi ölçme gerekli hassasiyeti yalan. indirgeme maddesi, çok yüksek bir konsantrasyon kullanıldığında, çok-dağılımlı bir örnek oluşturulabilir ve çok düşük bir konsantrasyonu, reaksiyon verimini düşürecektir. Altın nano parçacıklar üretmek için bu sentetik yöntem, karbon zinciri uzunluğuna değiştirmenin etkilerini çalışmalara uzatılabilir. Veri zincir uzunluğuna önemli bir boyutu bağımlılık göstermektedir. üretilen nanoparçacık çapı 10 nm fark sadece iki karbon karbon zincirini değiştirerek görülür.

Gümüş kabuk

Gümüş kabukları sonraki aşamada şekilsiz gümüş sülfür kabuğa dönüştürülmesi gerekir için, sentez yöntemi sağlam ve tekrarlanabilir hem olmalıdır. CTAC ile kaplanmış parçacıklar templa sağlayabilir gösterilmiştir{111} yönü üzerinde düzgün nedeniyle hem {100} altın parçacıklarının oluşumuna gümüş nanocubes büyümesi ve {111} düzlemi kristal oryantasyon ve tercihli büyüme te. Altın parçacıkları esas olarak {111} yönleri göstermektedir. Bu gümüş birikimi için hızlandırılmış büyüme oranları sağlar. Burada, bu yöntem, altın nano partıkuler çekirdekler üzerine gümüş ayarlanabilir, küresel kabuklar üretilmesi için kullanılmıştır. İlk olarak, artan kalınlıkta kabuk bir dizi yüzey plazmon rezonansı kaymasını izlemek üzere üretildi. yaklaşık 60 MeV spektrumunda mavi bir kayma kalın gümüş kabuğu ile yaklaşık 3.0 eV 2.38 eV karakteristik altın zirveden, yüzey plazmon rezonans görülmektedir. Bu kayma, küçük gümüş nano oluşumu nedeniyle değil emin olmak için, altın ve gümüş nanopartiküller değişen oranlarda çözümler oluşturulur ve UV-Vis spektrumları kullanılarak izlenir. Altın ve gümüş nanoparçacık SH karışımıyla plazmon kayması gözlenmesiplazmon giderek daha yüksek enerjilere geçiş, ama her iki Nanopartikülün oranı değişmiş olduğunda oldukça yoğunluk azalır veya artar olmadığını OWS. çoğunluğu gümüş nanopartikülleri karışımında mevcut ise 3.06 eV tepe daha belirgin olmakla birlikte, daha altın Plasmon pozisyonunda bir değişiklik meydana gelir. Altın yüzeye gümüş birikmesi altın Plasmon kırmızı kaymaları meydana gelmesi ve ikinci gümüş pik elde edilinceye kadar, genişletmektedir zaman. Nihayet kalın gümüş kapsama altın plazmon elimine edilir ve 3.06 eV sadece bir plazmon tepe görülmektedir. TEM resim örgü aralığına sahip bir kristal yapılı parçacıkların bulmak ImageJ yazılımı kullanılarak analiz edilmiştir yaklaşık 4,13-4,3 FCC gümüş, 31 hem de izole edilmiş, gümüş partiküllerinin yokluğunun benzer. İç altın nanopartiküller de aralık 3,6-4 Å değerlerle çıplak altın nanopartiküller biraz daha küçük olduğunu bulmak için analiz edildi. Bu bağlı olabilirnanopartiküller stres yeri küçük bir miktar kabuk yatırılır zaman. Genel kabuk kalınlığı homojen ve birkaç numune bir uzatılmış ucu ile hafifçe asimetrik kabuk sahip, çoğunlukla küresel görünüyor. Daha büyük kabuk kalınlıkları daha muntazam olması gibi görünüyor Bu uzama, küçük kabuk boyutlarda daha belirgindir. Bu prosedür basit ama çok bakım tepkin miktarlarda yüksek hassasiyet sağlamak için alınması gerekmektedir. Çok yüksek bir indirgeme maddesi konsantrasyonu, kullanılan veya bir gümüş iyonu konsantrasyonu çok yüksek ise, izole edilmiş gümüş nanopartikülleri oluşması mümkündür. altın parçacıkları üzerinde yüzey gümüş kabukları oluşumunu etkileyecek gibi görünmüyor, ama kolloidal çözelti ajite edilmiş ise gümüş eklenen tutarlar hassasiyetini azaltarak, çözümün üstünde oluşturan kabarcıklar sıkışıp olabilir . Çözeltinin sıcaklığı da arttırılırsa Nanocubes ve diğer şekiller de meydana getirebilir.

Gümüşsülfit kabuk

Au / Ag çekirdek-kabuk nanopartiküller koloidal çözeltiler sentezlenir sonra, nanopartikül kabuğu sonra Ag 2 S. dönüştürülebilir Gümüş sülfid, gümüş dönüştürmek için üç ayrı rotalar incelenmiştir ve şekilsiz bir gümüş sülfür kabuğa tekrarlanabilir ve sağlam dönüşümü sağlamak için, UV-VIS emilim spektroskopisi yoluyla karakterize edildi. Nanopartiküllerin plasmon rezonansı nedeniyle Ag 2 S Ag kırılma indeksi değişim ve dökme için yaklaşık 1.1 eV gümüş sülfür bant boşluğu, artan kabuk kalınlığı ile kırmızı vardiya bildirilmiştir. kullanılan ilk yöntem Au / Ag Kolloidlerin kolloidal karışım sulu sodyum sülfit bilge ek damla oldu. Sodyum sülfit reaksiyon, bir faz değişikliği olmadan iletilmesini temin etmek için izin ucuz bir kükürt kaynağıdır. nedeniyle büyük refraktif i etkisine gümüş sülfür artan kapsama plazmon zirve kırmızı vardiyayarı iletken bant aralığı gümüş sülfür ve katkı nDex. kullanılan gümüş sülfür miktarı kabuk gümüş mevcut mol sayısına göre hesaplanır. kalın kabukları gerekli olacaktır sülfür iyonlarının büyük miktarda altın, gümüş nanopartiküller ile çözelti içinde kalan İlginç bir olay meydana gelir. nanopartiküller herhangi Plasmon emiliminin bir eleme olarak gözlenen, çözülmesi gibi görünüyor. Kükürt çözeltisi kolloidler eklendikten sonra, geniş bir özelliği olmayan spektrumu görülmektedir. daha bu olgu sulu sodyum sülfit incelemek için, gümüş nanopartikülleri içeren bir çözeltiye ilave edilir. Alternatif bir kükürt ön-madde, çeşitli organik reaksiyonlarda bir sülfür iyonu kaynağı olarak kullanılmıştır olan tiyoasetamid olup. Bu daha doğru kabuk kontrolü sağlayan bir sulu ve az reaktif kükürt kaynağı sağlamak ve çözeltide nanopartiküllerin çözülmesini ortadan kaldırabilir. Au / Ag 2S Au / Ag kolloidler dönüştürülmesi başarılı olduama aynı fenomen kükürt öncüsü olarak tiyoasetamid kullanılarak gözlendi. Bu sorun reaksiyon miktarda dikkat ile önlenebilecek ama alternatif bir yöntem gümüş kabuk kükürtleme üzerinde eşit kontrole sunulan hangi kullanılmıştır. elementer kükürt oleilamin ve oleik asit ile bir tolüen çözeltisi içinde eritildi zaman, Gümüş kabuğu oleat pasivasyon gümüş sülfüre dönüştürülebilir. Elde edilen nanopartiküllerin daha sonra santrifüj ile izole edilmiş ve heksan veya toluen içinde yeniden dağıtılmaktadır. Absorbans spektrumu Şekil 9 'da gösterilen olanlara benzerdir. Tanecikleri TEM ile analiz edilmiştir. Genel olarak, gümüş sülfür kabuğu 1.8 nm'lik bir standart sapma ile biraz daha önceki gümüş kabukları daha büyük ama çok düzgün ve küresel olma eğilimindedir. İç altın nanopartiküller de 3.51 Å aralığı ile onların tek kristallik korudu. Altın kafes Bu sürekli sıkıştırma teorisini desteklerKabuk bu artan stres altın parçacığın bir sıkıştırma neden oluyor.

Kadmiyum Sülfür ve Çinko Sülfür katyon değişimi yoluyla kabuk

Gümüş sülfür, daha sonra literatür yöntemiyle kadmiyum sülfit dönüştürüldü. 9 absorbans yaklaşık 2,5 eV oluşturan geniş omuzları ile kalın kabukları başta olmak üzere özelliksiz hale gelir. Bu kaymalar kırılma indeksi ve nanoparçacık dielektrik çevre ve yüksek enerji "hörgüç" değiştirmek için isnat edilebilir yarıiletken kabuk doğrudan emilimine bağlı olabilir. Bu spektroskopik değişiklikler kabaca üretilen kabuk kalınlığını tahmin etmek için kullanılabilir. nanopartiküller daha TEM yoluyla incelenmiştir. CdS analizi Çinko-Blende kristal yapı ile tutarlı ortalama 6.00 Å, aralığını gösterdi shell. kabukları her kalınlıkta yüksek monodispersiteye göstermek ve nanoparçacık hiçbir toplama görülmektedir. na birkaçnoparticles kabuk kapsama eksikliği gibi görünüyor küçük bir nokta gösterdi. Bunun nedeni amorf aksine bazı bölgelerde gümüş sülfür olan kristalin için katyon değişim o bölgede gerçekleşmesi için bir yetersizlik neden olabilir. Birkaç parçacıklar belki üç kabuk türlerin dışında büyük sapma vardı gümüş sülfür şablonuna sonra yapılandırılmış biraz daha büyük bir genişlik, bir küresel geometriden sapma gibi görünüyor. emme önemli değişiklikler katyon değişimi sonra gözlenir. Her iki absorpsiyon spektrumunun kuyrukları katlanarak CdS kabukları çift emilimini gösteren ZnS kabuğu ile 2.5 eV daha yüksek enerjilerde artmaya başlar. nanotaneciklerin TEM ile analiz edilmiştir. ZnS kabuk analizi Çinko Blende kristal yapı ile tutarlıdır ortalama 5.31 A, aralığını göstermektedir. kabukları yaklaşık 10 nm'lik bir ortalama çapa sahip aynıdır. kabukları du olduğu CdS kabukları çok daha incekadmiyum göre daha hafif çinko elektronların düşük miktarda e. Homojensizliklerin de gümüş sülfür kabuk önceden var olan kusurlar veya daha uzun reaksiyon süresi ve ZnS katyon değişim reaksiyonu için gerekli olan yüksek sıcaklıklara ya da bağlı olabilir, birkaç parçacıklar oluşur. kabukları, yerel bir dielektrik ortamda bir fonksiyonu olarak, fiziksel ve optik özellikleri daha kapsamlı bir inceleme sağlayan, herhangi bir grup II-IV yarı iletkenler için değiştirilebilir.

ligand değiş-tokuşu

kabuğun dış yüzeyinin işlevselleştirilmesi ligand değiş-tokuşu ile gerçekleştirilir. FTIR yüzeyinde bulunan hangi kimyasal türler tespit etmek, ana karakterizasyon tekniği olarak görev yaptı. nükleofilik bağlama gruplarının kullanımı zamanla düşmek olmaz kabuk yüzeyine güçlü bir bağ sağlar. Fonksiyonel grupların iki farklı, parçacıkları üzerine bir karboksilik asit ya da bir amin ya da yerleştirilmiştir.nanopartiküller değişimi sonunda herhangi bir fazla ligand mevcut çıkarmak için, metanol ile yıkandı. Yüzey ligand olarak oleilamin Nanopartiküllerin kloroform, heksan veya toluen gibi polar olmayan çözücüler içinde çözünebilir idi. Tam bir ligand değişimi, su ya da etanol gibi polar çözücüler çözünürlük bir değişiklik yoluyla doğrulanabilir. absorpsiyon spektrumu parçacıkları CdS 5 nm kabuğu ile nanopartiküller için 550 nm civarında, onların plazmon rezonansı koruduğuna işaret etmektedir. Bu ligand değişimi boyalar veya benzeri nükleofilik fonksiyonlarını diğer kromofor ile yapılabilir. Tüm ligand değişim prosedürleri gibi, tersinmez agregasyonunu her zaman bir olasılık ve yıkama adımları sayısının sınırlandırılması ve istenen ligand ile çözeltinin süpersatürasyonu yoluyla önlenebilir. yüzeyine bağlanabilir isteniyorsa bağ aynı zamanda doğal oleilamin daha nanopartikül yüzey için daha yüksek bir afiniteye sahip olmalıdır.

bu TEKNİKLERİE, yüksek kaliteli hibrid nanopartiküller üretmek için, daha önce geliştirilmiş usul basit bir değişiklik sağlar. yöntem, daha önce tartışılan Ancak, tekrarlanabilirlik, partikül stabilitesi ve bir tekli dağılırlık engelleyebilir sorunlar hala kalmıştır. Bu durum, dikkatli çalışma altın iyi olarak tanımlanmış ve tek dağılımlı örnek ilk kaliteli numuneleri garanti etmek amacıyla iyi değerlendirilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır. Ayrıca nanometre hassasiyetle gümüş kolayca çökelmesini sağlayan ve Gold nanopartiküller için yüzey aktif madde olarak kullanımı ile yüksek CTAC bir tekli dağılırlık içerir. Gümüş, sulu çözeltiler içinde çap ve yüksek stabilite 1 nm ile 20 nm> arasındaki aralıkları olan küresel kabuklar oluşturmaktadır altın üzerine yatırılabilir. Gümüş kabuk amorf bir gümüş sülfür dönüşüm için bir modeldir. nanopartiküller, daha sonra biraz daha büyük s, şekilsiz bir kabuk üretmek için oleat sürfaktanın mevcudiyetinde gümüş kabuğun kükürtleme sonra organik faz transfer edilebilirÖnceki gümüş kabuk daha ize. UV-Vis absorbans spektroskopisi ve TEM üzerinden Karakterizasyonu fiziksel boyut parametreleri ile Plasmon tepe korelasyon sağlar. Bu sağlam işlem aynı zamanda da diğer kabuk kurşun gibi türler ya da demir uzatılabilir. Bu prosedür yerine performansını optimize etmek için birden fazla türün eklemek zorunda kalmadan, çekirdek kabuğu türleri gerekli malzeme miktarını düşürerek daha kolay cihaz tasarımı için izin yerine uygun olabilir cihazların yeni nesil bir platform sağlayabilir. Bu parçacıklar, kromofor ve altın yüzeyi arasında bir ara parçası olarak yarı iletken tabaka hareket ile uzaktan bağımlı plasmonik geliştirme çalışmaları için diğer malzemelerin bağlanması için bir platform sağlar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

1352507 - Bu madde CHE altında Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenen çalışma dayanmaktadır.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
MilliQ Water Millipore Millipore water purification system water with 18 MΩ resistivity was utilized in all experiments
Gold(II) chloride trihydrate Sigma Aldrich 520918 used as gold precursor for nanoparticle synthesis
Cetyl trimethyl ammonium chloride (CTAC) TCI America H0082 used as surfactant for gold nanoparticles
Borane tert butyl amine Sigma Aldrich 180211 used as reducing agent for gold nanoparticles
Silver nitrate Sigma Aldrich 204390 used as silver source for shell application
Ascorbic acid Sigma Aldrich A0278 used as reducing agent for silver shell application
Sulfur powder Acros 199930500 used as sulfur source for silver sulfide shell conversion
Oleylamine Sigma Aldrich O7805 used as surfactant for silver sulfide shell conversion
Oleylamine Sigma Aldrich 364525 used as surfactant for silver sulfide shell conversion
cadmium nitrate tetrahydrate Sigma Aldrich 642405 used as cadmium source for cation exchange
zinc nitrate hexahydrate Fisher Scientific Z45 used as zinc source for cation exchange
11-Mercaptoundecanoic acid Sigma Aldrich 450561 used as water soluable ligand during ligand exchange
3,4-diaminobenzoic acid Sigma Aldrich D12600 used as water soluable ligand during ligand exchange
UV-Vis absorption spectrophotometer Cary 50 Bio used to monitor absorption spectrum of colloidal solutions
JEOL TEM 2100 JEOL 2100 used to analyze size of synthesized nanoparticles. TEM grids were purchased from tedpella
FTIR spectrophotometer Perkin Elmer Spec 100 used to monitor chemical compostion of nanoparticle surface after ligand exchange. 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Pyayt, A. L., Wiley, B., Xia, Y., Chen, A., Dalton, L. Integration of photonic and silver nanowire plasmonic waveguides. Nature nanotechology. 3, 660-665 (2008).
  2. Chuang, M. -K., Lin, S. -W., Chen, F. -C., Chu, C. -W., Hsu, C. -S. Gold nanoparticle-decorated graphene oxides for plasmonic-enhanced polymer photovoltaic devices. Nanoscale. 6, 1573-1579 (2014).
  3. Ide, M. S., Davis, R. J. The Important Role of Hydroxyl on Oxidation Catalysis by Gold Nanoparticles. Accounts of chemical research. , (2013).
  4. Saha, K., Agasti, S. S., Kim, C., Li, X., Rotello, V. M. Gold Nanoparticles in Chemical and Biological Sensing. Chemical Reviews. 112, 2739-2779 (2012).
  5. Wang, H., et al. Computed tomography imaging of cancer cells using acetylated dendrimer-entrapped gold nanoparticles. Biomaterials. 32, 2979-2988 (2011).
  6. Huang, X., Jain, P. K., El-Sayed, I. H., El-Sayed, M. A. Plasmonic photothermal therapy (PPTT) using gold nanoparticles. Lasers in medical science. 23, 217-228 (2008).
  7. Costi, R., Saunders, A. E., Banin, U. Colloidal hybrid nanostructures: a new type of functional materials. Angewandte Chemie International Edition. 49, 4878-4897 (2010).
  8. Xu, X., et al. Near-Field Enhanced Plasmonic-Magnetic Bifunctional Nanotubes for Single Cell Bioanalysis. Advanced Functional Materials. 23, 4332-4338 (2013).
  9. Zhang, J., Tang, Y., Lee, K., Ouyang, M. Nonepitaxial growth of hybrid core-shell nanostructures with large lattice mismatches. Science. 327, 1634-1638 (2010).
  10. Sun, H., et al. Investigating the Multiple Roles of Polyvinylpyrrolidone for a General Methodology of Oxide Encapsulation. Journal of the American Chemical Society. 135, 9099-9110 (2013).
  11. Khatua, S., et al. Resonant Plasmonic Enhancement of Single-Molecule Fluorescence by Individual Gold Nanorods. ACS Nano. 8, 4440-4449 (2014).
  12. Lakowicz, J. R., et al. Plasmon-controlled fluorescence: a new paradigm in fluorescence spectroscopy. Analyst. 133, 1308-1346 (2008).
  13. Tam, F., Goodrich, G. P., Johnson, B. R., Halas, N. J. Plasmonic enhancement of molecular fluorescence. Nano Letters. 7, 496-501 (2007).
  14. Achermann, M. Exciton-Plasmon Interactions in Metal-Semiconductor Nanostructures. The Journal of Physical Chemistry Letters. 1, 2837-2843 (2010).
  15. Zhang, X., et al. Experimental and Theoretical Investigation of the Distance Dependence of Localized Surface Plasmon Coupled Förster Resonance Energy Transfer. ACS Nano. 8, 1273-1283 (2014).
  16. Kamat, P. V. Quantum Dot Solar Cells. Semiconductor Nanocrystals as Light Harvesters. The Journal of Physical Chemistry C. 112, 18737-18753 (2008).
  17. Nagraj, N., et al. Selective sensing of vapors of similar dielectric constants using peptide-capped gold nanoparticles on individual multivariable transducers. Analyst. 138, 4334-4339 (2013).
  18. Nossier, A. I., Eissa, S., Ismail, M. F., Hamdy, M. A., Azzazy, H. M. E. -S. Direct detection of hyaluronidase in urine using cationic gold nanoparticles: A potential diagnostic test for bladder cancer. Biosensors and Bioelectronics. 54, 7-14 (2014).
  19. Hou, W., Liu, Z., Pavaskar, P., Hung, W. H., Cronin, S. B. Plasmonic enhancement of photocatalytic decomposition of methyl orange under visible light. Journal of Catalysis. 277, 149-153 (2011).
  20. Sheehan, S. W., Noh, H., Brudvig, G. W., Cao, H., Schmuttenmaer, C. A. Plasmonic enhancement of dye-sensitized solar cells using core-shell-shell nanostructures. The Journal of Physical Chemistry C. 117, 927-934 (2013).
  21. Ratchford, D., Shafiei, F., Kim, S., Gray, S. K., Li, X. Manipulating Coupling between a Single Semiconductor Quantum Dot and Single Gold Nanoparticle. Nano Letters. 11, 1049-1054 (2011).
  22. Sau, T. K., Murphy, C. J. Self-Assembly Patterns Formed upon Solvent Evaporation of Aqueous Cetyltrimethylammonium Bromide-Coated Gold Nanoparticles of Various Shapes. Langmuir. 21, 2923-2929 (2005).
  23. Ma, Y., et al. Au@Ag Core-Shell Nanocubes with Finely Tuned and Well-Controlled Sizes, Shell Thicknesses, and Optical Properties. ACS Nano. 4, 6725-6734 (2010).
  24. Park, G., Lee, C., Seo, D., Song, H. Full-Color Tuning of Surface Plasmon Resonance by Compositional Variation of Au@Ag Core-Shell Nanocubes with Sulfides. Langmuir. 28, 9003-9009 (2012).
  25. Germain, V., Li, J., Ingert, D., Wang, Z. L., Pileni, M. P. Stacking Faults in Formation of Silver Nanodisks. The Journal of Physical Chemistry B. 107, 8717-8720 (2003).
  26. Reiss, P., Protière, M., Li, L. Core/Shell Semiconductor Nanocrystals. Small. 5, 154-168 (2009).
  27. Vossmeyer, T., et al. CdS nanoclusters: synthesis, characterization, size dependent oscillator strength, temperature shift of the excitonic transition energy, and reversible absorbance shift. The Journal of Physical Chemistry. 98, 7665-7673 (1994).
  28. Shore, M. S., Wang, J., Johnston-Peck, A. C., Oldenburg, A. L., Tracy, J. B. Synthesis of Au (Core)/Ag (Shell) nanoparticles and their conversion to AuAg alloy nanoparticles. Small. 7, 230-234 (2011).
  29. Liu, X., Atwater, M., Wang, J., Huo, Q. Extinction coefficient of gold nanoparticles with different sizes and different capping ligands. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 58, 3-7 (2007).
  30. Lambright, S., et al. Enhanced Lifetime of Excitons in Nonepitaxial Au/CdS Core/Shell Nanocrystals. ACS Nano. 8, 352-361 (2014).
  31. Srnová-Šloufová, I., Lednický, F., Gemperle, A., Gemperlová, J. Core-shell (Ag) Au bimetallic nanoparticles: analysis of transmission electron microscopy images. Langmuir. 16, 9928-9935 (2000).

Tags

Kimya Sayı 109 Plasmon nanoparçacık kuantum noktaları plasmonik geliştirme yenilenebilir enerji porfirin altın nanoparçacık
Sentezi, Karakterizasyonu ve Hibrid Au / CdS ve Au / ZnS Çekirdek / Shell Nanopartiküller işlevselleştirilmesi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Tobias, A., Qing, S., Jones, M.More

Tobias, A., Qing, S., Jones, M. Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles. J. Vis. Exp. (109), e53383, doi:10.3791/53383 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter