Abstract
Plasmonische nanodeeltjes zijn een aantrekkelijk materiaal voor light harvesting toepassingen vanwege hun eenvoudig worden aangepast oppervlak, met een groot oppervlak en een grote extinctie-coëfficiënten die aan de overkant van het zichtbare spectrum kan worden afgestemd. Onderzoek naar de plasmonische verbetering van optische overgangen is populair geworden, vanwege de mogelijkheid van wijziging en in sommige gevallen verbeteren foto-absorptie of emissie-eigenschappen van de nabijgelegen chromoforen zoals moleculaire kleurstoffen of quantum dots. Het elektrisch veld van de plasmon kunt koppelen met de excitatie dipool van een chromofoor, verstoren de elektronische toestanden die betrokken zijn bij de overgang en leidt tot verhoogde absorptie en emissie-tarieven. Deze verbeteringen kunnen worden tenietgedaan van dichtbij door energieoverdracht mechanisme, waardoor de ruimtelijke rangschikking van de twee soorten kritisch. Uiteindelijk versterking van licht oogstefficiëntie in plasmonische zonnecellen kunnen leiden tot dunnere en dus goedkopere apparatuur. het ontwent van hybride kern / schildeeltjes kan een oplossing voor dit probleem te bieden. De toevoeging van een diëlektrische tussenlaag tussen een gouden nanodeeltjes en een chromofoor is de voorgestelde methode om de exciton plasmon koppelingssterkte geregeld en daardoor in evenwicht met de verliezen plasmonische winsten. Een gedetailleerde procedure voor het coaten van goud nanodeeltjes met CdS en ZnS halfgeleider schelpen wordt gepresenteerd. De nanodeeltjes vertonen hoge uniformiteit met de grootte controle in zowel de kern gouddeeltjes en shell soorten waardoor een nauwkeuriger onderzoek naar de plasmonische versterking van externe chromoforen.
Introduction
Goud en zilver nanodeeltjes potentieel voor toekomstige technologische vorderingen in diverse toepassingen waaronder fotonica, 1 photovoltaics, 2 katalyse, 3 chemische / biologische sensing, 4 biologische beeldvorming, 5 en fotodynamische therapie. 6 Onder zichtbare excitatie kan het oppervlak elektronen oscilleren vormen een resonantie bekend als gelokaliseerde oppervlakte plasmon resonantie (SPR), die kan worden gebruikt om invallende straling te concentreren in het zichtbare spectrum. Onlangs hebben edelmetaal nanodeeltjes gecombineerd met halfgeleiderinrichtingen of magnetische nanodeeltjes hybride nanodeeltjes met verbeterde functionaliteit en afstembare. 7,8 Recente literatuur, zoals de studie van Ouyang et al. 9 of Chen et al. 10, blijkt de mogelijkheid voor de synthese van deze deeltjes, maar slechts beperkte controle op de uniformiteit van de hybride soort is mogelijk dankzijeen verdeling van gouden nanodeeltjes afmetingen en wegens het ontbreken van optische karakterisatie combinatie met fysische karakterisering in elk stadium van de groei. Zamkov et al. Toonden soortgelijke uniformiteit in de schaal formatie, maar slechts een wanddikte werd gebruikt met verschillende kern maten, met een aantal schelpen niet volledig gevormd rond de nanodeeltjes. Om effectief gebruik maken van deze nanodeeltjes, moet de nauwkeurige optische respons bekend en gekarakteriseerd voor verschillende diktes shell. Hogere precisie in wanddikte kan worden bereikt door het gebruik van monodisperse waterige gouddeeltjes als de template, resulterend grotere controle over de uiteindelijke hybride soorten. Interactie tussen de kern en schil kunnen beperkte verbetering in de absorptie of emissie tarieven vertonen als gevolg van de kleine hoeveelheid halfgeleidermateriaal en de nabijheid van de gouden kern. In plaats van de interactie tussen de halfgeleider gevonden in de schelp en het goud deeltje, kan de schaal gebruikd als afstandhouder om de afstand te beperken tussen een externe chromofoor. 11 Dit maakt hogere controle over de ruimtelijke scheiding tussen de plasmon terwijl teniet zijn de gevolgen van direct contact met het metaal.
De omvang van de elektronische interactie tussen de oppervlakte plasmon resonantie en exciton geproduceerd in de chromofoor, rechtstreeks gecorreleerd met de afstand tussen de metalen en halfgeleiders species, het oppervlak milieu en de sterkte van de interactie. 12 Wanneer de species groter dan gescheiden afstanden 25 nm, de twee elektronische toestanden blijven onverstoord en de optische respons blijft ongewijzigd. 13 de sterke koppeling regime dominant wanneer de deeltjes meer intiem contact en kan leiden tot het doven van elke excitatie energie via nonradiative snelheid bevorderende Forester Resonance Energy Transfer ( FRET). 14,15 Manipulatie van de koppelingssterkte door tuning the afstand tussen de chromofoor en metaal nanodeeltje, kan resulteren in positieve effecten ook. De nanodeeltjes extinctiecoëfficiënt kan zijn ordes van grootte groter dan de meeste chromoforen, waardoor de nanodeeltjes aan het invallende licht veel beter concentreren. Gebruik makend van de hogere excitatie efficiëntie van het nanodeeltje kan resulteren in hogere excitatie prijzen voor de chromofoor. 12 Koppeling van de excitatie dipool kan ook de emissie van de chromofoor die kan leiden tot toename van kwantumopbrengst als nonradiative tarieven worden niet verwijderd. 12 Deze effecten kunnen leiden tot zonnecellen of films met een verhoogde absorptie en fotovoltaïsche efficiëntie vergemakkelijkt door de verhoogde absorptie dwarsdoorsnede van het goud en het gemak van ladingsextractie van de halfgeleiderlaag als gevolg van de aanwezigheid van gelokaliseerde oppervlaktetoestanden. 12,16 Deze studie zal ook nuttige informatie over de koppeling sterkte van de plasmon als afzalving van de afstand.
Gelokaliseerde oppervlakteplasmonen zijn op grote schaal gebruikt bij het voelen 17 en 18 detectie toepassingen vanwege de gevoeligheid van de plasmon resonantie voor de omgeving. Cronin et al., Toonden de katalytische efficiëntie van TiO 2 films kunnen worden verbeterd door toevoeging van goud nanodeeltjes. Simulaties gebleken dat deze toegenomen activiteit door koppeling van het elektrisch veld plasmon met excitonen in de TiO 2, dat vervolgens toeneemt exciton generation tarieven. 19 Schmuttenmaer et al. Toonde aan dat de efficiëntie van kleurstof-gesensibiliseerde (DSSC) zonnecellen kan worden verbeterd door het opnemen van de Au / SiO2 / TiO2 aggregaten. De aggregaten verbeteren van de absorptie door het scheppen van een brede gelokaliseerde surface plasmon modes die optische absorptie stijging ten opzichte van een breder scala van frequenties. 20 In andere literatuur, Li et al. Observerend aanzienlijke vermindering van de fluorescentie levensduur evenals afstand afhankelijke versterking in steady state fluorescentie-intensiteit werd waargenomen door directe koppeling van een enkele CdSe / ZnS quantum dot en enkele gouden nanodeeltjes. 21 Om ten volle te profiteren van deze plasmonische verbetering, is er een behoefte aan fysieke koppeling met een set afstanden tussen de twee soorten.
Synthese van hybride nanopartikels
Jiatiao et al., Een werkwijze beschreven voor het coaten van halfgeleidermateriaal op gouden nanodeeltjes via een kationische uitwisseling met het oog op een uniforme en afstembare shell diktes te produceren. De schalen waren overal even dik, maar het goud templates waren niet erg monodispers. Hierdoor wordt de halfgeleider goud verhouding veranderen van deeltje tot deeltje en derhalve koppelingssterkte. 9 een grondige studie over de optische eigenschappen van deze kern shell nanodeeltjes is uitgevoerd, teneinde een reprod ontwikkelingucible synthesemethode. Vorige methoden vertrouwen op organische basis van nanodeeltjes synthese, waarvan monsters met brede plasmon resonanties kunnen produceren als gevolg van een gebrek aan homogeniteit in de gouden nanodeeltjes grootte. Een aangepaste waterige synthese van goud nanodeeltjes kan een reproduceerbare en monodisperse gouden nanodeeltjes sjabloon met stabiliteit voor langere tijd. De waterige oppervlakte cetyltrimethylammoniumchloride vormt een dubbele laag op de nanodeeltjes oppervlak door interactie tussen de lange koolstofketens nabijgelegen cetyltrimethylammoniumchloride moleculen. 22 Deze dikke oppervlaktelaag vereist zorgvuldig wassen om overmaat surfactant toegang te verwijderen en laat het nanodeeltje oppervlak , maar kan groter controle over de nanodeeltjes grootte en vorm geven. 23 de waterige toevoeging van een zilveren schaal kan worden geregeld met hoge precisie waardoor een intiemere correlatie tussen wanddikte en optische eigenschappen. 23 een langzamere vermindering via ascorbinezuur acid wordt gebruikt om het zilver op het goud oppervlak afzetten, waarbij de toevoeging van zilverzout zeer nauwkeurig om de vorming van zilvernanodeeltjes in de oplossing te voorkomen. De derde stap vereist een grote overmaat zwavel in een organische fase worden toegevoegd en een fase-overdracht van de waterige nanodeeltjes moet plaatsvinden. Onder toevoeging van oleylamine als biologisch afsluitmiddel en oliezuur, die kan optreden als zowel een afdekmiddel en steun faseoverdrachtskatalysator van de nanodeeltjes, een uniform kan amorf zilver sulfide schil worden gevormd rond de nanodeeltjes. De concentratie van 9,24 deze moleculen moeten hoog genoeg zijn om aggregatie van de nanodeeltjes in deze stap te voorkomen, maar teveel risico kan zuivering bemoeilijken. In aanwezigheid van tri- butyl fosfine en een metaalnitraat (Cd, Zn en Pb), kan een kationuitwisseling binnenzijde van de amorfe sulfide schaal worden uitgevoerd. Reactietemperaturen moet worden aangepast voor de verschillende reactiveert van de metalen 9en de overmaat zwavel moet worden verwijderd om de vorming van individuele quantum dots verminderen. Elke stap van de synthese komt overeen met een verandering in de omgeving oppervlak van het nanodeeltje derhalve een verandering in plasmon worden waargenomen als gevolg van de afhankelijkheid van de frequentie plasmon omringende dielektrische gebied. Een parallelle studie van optische absorptie als functie van de transmissie elektronenmicroscopie (TEM) karakterisering werd gebruikt om de nanodeeltjes te karakteriseren. Deze synthetische procedure zal ons goed gecontroleerde en uniforme monsters, een betere correlatie van microscopie en spectroscopie gegevens.
Koppeling met Fluoroforen
Het toepassen van een diëlektrische afstand laag tussen een plasmonische metalen oppervlak en een fluorofoor kan helpen om verliezen als gevolg van nonradiative energie-overdracht van de gecreëerde excitonen in het metaal te verminderen. Deze afstand laag kan ook helpen bij de studie van de afstand worden bepaald tussen de fluorofoor en deplasmon resonantie op het metaaloppervlak. Wij stellen voor het gebruik van de halfgeleider schil van de hybride nanopartikels als onze diëlektrische afstand laag. De wanddikte kan worden afgestemd met nanometer precisie met een dikte variërend van 2 nm naar 20 nm mogelijk maakt exacte afstand correlatie experimenten worden uitgevoerd. De schaal kan ook worden afgestemd met Cd, Pb en Zn kationen en S, Se en Te anionen, waardoor de controle over niet alleen de afstand, maar ook de diëlektrische constante, elektronische band arrangement en zelfs kristalrooster parameters.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Synthese van Gold Nanodeeltjes
- Weeg het goudzout in de handschoenenkast en aan een flesje vooraf gereinigd met koningswater vóór verdunning met water in een maatkolf. Bereid een 1 mM goud (III) chloride-trihydraat (393,83 g / mol) in 100 ml water voor goud voorraadoplossing.
- Weeg 3,2 g vast CTAC (320 g / mol) en warmte, in 25 ml water, tot ongeveer 60 ° C voor dissolutie. Koel af tot kamertemperatuur en verdun het mengsel met 50 ml water in een maatkolf van een 0,2 M cetyltrimethylammoniumchloride (CTAC) te bereiden.
- Meng 20 ml 1 mM goudoplossing en 20 ml 0,2 M oplossing CTAC in een rondbodem kolf en plaats in een oliebad ingesteld op 60 ° C. Laat meng gedurende 10 minuten.
- Voeg 1,7 mg (1: 1 molverhouding) goed boraan tert-butylamine (86,97 g / mol) aan de goud / CTAC oplossing en laat roer voor 30 min.
Opmerking: Oplossing moet diep rood. De resulterende oplossing heeft een gouddeeltje concentratiOp ongeveer 5 pM en kunnen worden bewaard maandenlang of direct gebruikt voor de volgende fase van de reactie.
2. Coating met Zilveren
- Gebruik precieze reagens bedraagt de vacht van de nanodeeltjes met een zilveren schaal. De schelp zal de template voor de grootte en vorm van de halfgeleider schaal leveren. Precieze reagens bedragen zullen ook helpen om nucleatie van zilverdeeltjes te voorkomen.
- Allereerst wordt het volume van de kern, in cm 3, en omzetten naar massa per deeltje met de dichtheid van goud. Om bijvoorbeeld de kern volume te berekenen, een bolvormige nanodeeltjes met een diameter van 15 nm tot een volume van 1767,15 nm 3 geven en vervolgens converteren naar cm 3 (1,77 x 10 -18 cm 3). Wordt de hoeveelheid door de dichtheid van goud (19,3 cm 3) aan de massa per deeltje (3,41 x 10 17) te berekenen.
- Gebruik 10 ml van een 5,3 uM gouden nanodeeltjes oplossing, 5,30 x 10 -8 mol partikelen aanwezig. Vermenigvuldigen met de molmassa geeft de massa goudgehalte berekenen de oplossing (1,04 x 10 -5 g). Verdeel de massa van goud in de oplossing door de massa per deeltje het aantal gouddeeltjes onderhavige (3,06 x 10 11) vinden.
- Bereken het volume van de nanodeeltjes met een 5 nm wanddikte in cm 3 (8,18 x 10 18 cm 3) en dit aftrekken van het volume van de kern nanodeeltjes (1,77 x 10 -18 cm 3) naar het reservoir volume bepalen (6,41 x 10 -18). Converteren dit volume in massa van silver door vermenigvuldigen met het aantal gouddeeltjes en de dichtheid van zilver (2,33 x 10 -4). Shell dikten in het bereik van 1-10 nm wordt gebruikt in deze studie.
- Omzetten van de massa van zilver mol zilver nodig is voor een shell straal van 5 nm (2,33 x 10 -4). Van deze waarde, berekent het volume van 4,0 mM zilvernitraat 540 pl) oplossing nodig fof de hoeveelheid goud gebruikt in de uitgangsoplossing (10 ml).
- Bereid een 4,0 mm AgNO 3 (169,87 g / mol) oplossing in 5 ml water. In een 70 ° C oliebad, meng 10 ml van de gouden nanodeeltjes met ascorbinezuur om een 20 mM oplossing te maken.
- Voeg de zilveroplossing druppelsgewijs aan het goud en ascorbinezuur oplossing en laat het reactiemengsel roeren gedurende 2 uur.
Opmerking: De reactie zal licht oranje (dunner shell) naar donker oranje (dikkere schelp) draaien in de loop van de reactie. - Centrifugeer de nanodeeltjes bij 21.130 xg gedurende 10 min en opnieuw te dispergeren in schoon water. Schenk de bovenstaande vloeistof uit de gepelleteerde nanodeeltjes om te helpen bij het verwijderen van kale goud nanodeeltjes of zilveren nanodeeltjes die kunnen zijn ontstaan.
3. Omzetting van de Shell naar Silver Sulfide
- Weeg elementaire zwavel in een 200: 1 molaire verhouding voor zilver die in de vorige fase van het experiment. Voor de 10 ml van Au / Ag kern shelldeeltjes en een 5 nm shell, te ontbinden 3 ml oleylamine en 1,5 ml van oliezuur in 10 ml tolueen.
- Concentreer het zilver colloïden, via centrifugeren bij 21.130 xg gedurende 10 min en verspreiden in 1 ml water.
Opmerking: Deze stap helpt de efficiëntie van de extractie van de waterige laag aan de organische laag na de vorming van het zilver shell.
- Concentreer het zilver colloïden, via centrifugeren bij 21.130 xg gedurende 10 min en verspreiden in 1 ml water.
- Voeg de colloïden, druppelsgewijs aan de oplossing van zwavel geroerd gedurende 1 uur.
NB: De oplossing zal donkerblauw (dunner schelpen) tot paars (dikkere schelpen) draaien als zwavelingsreactie gaat naar de voltooiing. - Centrifugeer de colloïdale oplossing bij 4000 g gedurende 10 minuten nadat de reactie 2 uur is geroerd om de water en ongereageerde zwavel uit de oplossing te verwijderen. Re-verspreiding van de nanodeeltjes in schone tolueen met geluidsgolven, indien nodig.
- Ultrasone trillingen de nanodeeltjes in een badsonicator gedurende 30 sec tot 1 min teneinde verspreiden in tolueen.
Opmerking: Excess oleylamine of oliezuurzuur uit de oplossing valt en kan worden verwijderd na deze stap door decanteren van de oplossing van de witte vaste stof.
- Ultrasone trillingen de nanodeeltjes in een badsonicator gedurende 30 sec tot 1 min teneinde verspreiden in tolueen.
4. Kation Exchange
- Maak de metaalprecursor door oplossen van het metaal nitraat in 1 ml methanol, aan een 0,2 M oplossing van Cd maken (NO 3) of Zn (NO3).
Opmerking: een 0,8 M oplossing kan worden gebruikt voor dikkere schelpen om de hoeveelheid methanol in oplossing verminderen.- Meng de metaaloplossing met zilver sulfide dop nanodeeltjes in een 1: 1 molaire verhouding met het zilver. Verwarm tot 50 ° C voor cadmium shell en 65 ° C zink reservoirs onder een stikstofatmosfeer.
- Add tri-butyl fosfine in een 500: 1 molaire verhouding tot de metaalprecursor. De reactietijden zijn 2 uur voor cadmium en 20 uur voor zink.
- Zuiver via centrifugeren bij 21.130 g gedurende 10 min om eventuele geïsoleerde CdS of ZnS nanodeeltjes die kunnen zijn ontstaan te verwijderen. De verspreiding van de gepelleteerde nanoparticles in een schone polair oplosmiddel, zoals hexaan, tolueen of chloroform.
5. Ligand Exchange uit Oleylamine
- Meng het nanodeeltje oplossing met 1,5 maal volumeverhouding ethanol colloïdale oplossing in tolueen in een centrifugebuis. Centrifugeer bij 4000 xg gedurende 10 min om de nanodeeltjes te pelleteren.
- Was de nanodeeltjes met ethanol en centrifugeer nogmaals om de vaste deeltjes te verzamelen.
Opmerking: De deeltjes kunnen worden opgeslagen in dit stadium maar verwijdering van ethanol nodig om aggregatie te voorkomen. - Binden liganden met een nucleofiele bindende groep aan het oppervlak via ongebonden kationische plaatsen op de schelp. 11 mercaptoundecanoic-zuur en 3,4-diaminobenzoëzuur geschikt moleculen die de nanodeeltjes reactie wateroplosbaar.
- Verspreiden de nanodeeltjes in de ligandoplossing in grote overmaat, ongeveer 10 maal hogere concentratie dan de natieve moleculen oleaat. Roer de deeltjes bij kamertemperatuur overnight verplaatsing van elke resterende oleaat moleculen toelaten.
- Centrifugeer de oplossing bij 4000 xg gedurende 10 min. Was de gepelleteerde deeltjes met methanol en centrifugeer bij 4000 xg gedurende 10 min nogmaals de vaste nanodeeltjes verzamelen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Genormaliseerde absorptiespectra van goud nanodeeltjes met drie verschillende surfactanten zijn weergegeven in figuur 1. De oppervlakteactieve gebruikt zijn oleylamine, tetradecyl trimethyl ammoniumchloride (TTAC) en cetyl trimetyl ammoniumchloride. CTAC en TTAC oppervlakteactieve tonen smaller plasmon resonance absorptie band.
De hoeveelheid reductiemiddel niet alleen invloed op de FWHM maar de piekpositie van de verkregen nanodeeltjes oplossingen. Onderzoek van Figuur 2 toont de piek vernauwing met een kleinere hoeveelheid reductiemiddel.
Absorptie sporen (figuur 3) werden passend gemaakt met een Gauss en de FWHM werd uitgezet tegen het reductiemiddel goud ratio. Het monster met de smalste FWHM werd gebruikt om de gouden nanodeeltjes synthese te optimaliseren. Uit deze gegevens werd een 1: 1 molaire verhouding van Reducing agent om goud produceert de meest monodisperse deeltjes. De fout in de grafiek wordt berekend uit de afwijking van de Gaussische geschikt om de gegevens.
Synthese van goud nanodeeltjes met behulp TTAC als surfactant produceert bolvormige deeltjes met een diameter van ongeveer 25 nm. De in figuur 4 beelden werden geanalyseerd met ImageJ software om de deeltjes te vinden monokristallijn met roosterafstand van ongeveer 2,3 A (literatuurwaarde = 2,355 A). 22 De nanodeeltjes toonde een standaardafwijking van 0,02 nm.
Goud nanodeeltjes met een diameter van ongeveer 16 nm, geproduceerd door middel van synthese CTAC als surfactant. De afbeeldingen in figuur 5 werden geanalyseerd met ImageJ software om de deeltjes te vinden monokristallijn met roosterafstand van ongeveer 2,3 A (literatuurwaarde = 2,355 A). De absorptiespectra van goud nanodeeltjes met zilveren houders met verschillende diktes (figuur 6), een significante afhankelijkheid van de plasmon resonantie met de aard van de oppervlaktebedekking. Aangezien de sporen gaan van donker naar licht blauwere, de dikte van de zilveren schaal toeneemt. Een blauwe verschuiving van het spectrum van ongeveer 60 MeV is waargenomen voor de oppervlakte plasmon resonantie, de karakteristieke gouden piek bij 2,38 eV tot ongeveer 3,0 eV met de dikste zilver shell. We zien de spectra geproduceerd wanneer monsters die afzonderlijke goud en zilver nanodeeltjes variëren verhoudingen in figuur 7. De blauwe verschuiving van de oppervlakte plasmon resonantie, gezien in figuur 6, is vanwege zilverlaag in tegenstelling tot de vorming van zilvernanodeeltjes. De resonantie nietverschuiven bij tot zilveren shell maar vergroot of verminderd is afhankelijk van welke soort dan. Als zilver is dan de resonantie rond 3.0 eV is meer op de voorgrond, terwijl de piek bij 2,5 eV is prominent als de gouden nanodeeltjes zijn in hogere concentratie. TEM beelden van goud nanodeeltjes met 3 nm (top), 5 nm (midden), en 7 nm (onderste) straal zilver houders werden geanalyseerd met ImageJ software. De deeltjes in figuur 8 zijn monokristallijn met roosterafstand van ongeveer 2,6-2,7 Angström vergelijkbaar met die van fcc zilver (2,5 A) 25, alsmede het ontbreken van losse zilverdeeltjes. De binnenste gouden nanodeeltjes werden ook geanalyseerd om te vinden dat de onderlinge afstand iets kleiner dan de kale goud nanodeeltjes met waarden ongeveer 2 Å. Dit kan te wijten aan een kleine hoeveelheid spanning plaats op de nanodeeltjes indien het reservoir wordt aangebracht. Over het geheel genomenwanddikte lijkt uniform en meestal bolvormige met enkele monsters met een licht asymmetrische shell met één langgerekte einde. Dit rek is meer uitgesproken in de kleinere schaal maten, als de grotere shell diktes lijken meer uniform zijn. Het verloop van de plasmonische piek met de toevoeging van een zilver sulfide schaal is weergegeven. Analyse van het spectrum in figuur 9 toont de plasmon piek roodverschuiving met toenemende dekking van zilver sulfide onder invloed van de grotere brekingsindex van zilver sulfide en bijdrage uit de halfgeleider band gap. De absorptie spectrum van goud nanodeeltjes bedekt met zilver toont een plasmonische piek rond 400 nm. Analyse van Figuur 10 toont dat na toevoeging van natrium, in een 1: 1 molair equivalent aan het zilver in de schaal, het verdwijnen van elke plasmon Resonance optreedt. Een featureless spectrum toont, overeenkomstig figuur 10 is overigens in figuur 11. Toevoeging van natriumsulfideoplossing een colloïdale oplossing van zilverdeeltjes. Dit leidde tot het gebruik van een andere zwavelbron voor de reactie. TEM beelden van nanodeeltjes getoond in figuur 12, werden geanalyseerd met ImageJ software om de deeltjes te amorf of polykristallijn zijn. In de meerderheid van de nanodeeltjes, bleek geen kristalrooster rand in de houder als gevolg van de amorfe aard echter enkele kleine gebieden van kristalliniteit werd waargenomen met een onderlinge afstand van 2,38 A, hetgeen consistent is met de literatuurwaarden voor monokliene zilver sulfide. In het algemeen heeft de neiging het zilver sulfide shell om een klein beetje groter dan de vorige zilveren schalen, maar zeer uniform en sferische met een standaarddeviatie van 1,8 te zijnnm. De binnenste gouden nanodeeltjes behouden ook hun single kristalliniteit met een onderlinge afstand van 3,51 Å. Deze aanhoudende compressie van het goud rooster ondersteunt de theorie dat de spanning steeg van de schaal veroorzaakt een compressie van het goud deeltje. Het absorptiespectrum van goud nanodeeltjes gecoat met verschillende diktes van CdS, in figuur 13, toont de plasmon absorptie voor dunne CdS schelp heeft brede piek gecentreerd rond 2,25 eV. De absorptie wordt voornamelijk featureless voor dikkere schelpen met brede schouders vormen van ongeveer 2,5 eV. Deze verschuivingen kunnen worden toegeschreven aan veranderingen in de brekingsindex en diëlektrische omgeving van het nanodeeltje en de hogere energie "bulten" kan worden veroorzaakt door directe opname van de halfgeleider shell. TEM beelden geanalyseerd met behulp van ImageJ tonen aan dat de schaal kan van invloed zijn op het rooster afstand van de herberger goud deeltje met een soortgelijke trend waargenomen in Figuur 14. De binnenste goud deeltje, behield zijn enkele kristalliniteit maar tonen een smallere rooster afstand van ongeveer 3,51 Å. De CdS shell analyse bleek afstand van 6.00 Å gemiddeld, in overeenstemming met zink-Blende kristalstructuur. 26 De schalen vertonen een hoge monodispersiteit bij elke dikte en geen aggregatie van de nanodeeltjes wordt waargenomen. 27 Enkele nanodeeltjes toonde een kleine plek waar er lijkt zijn een gebrek aan shell dekking. Dit kan worden veroorzaakt door een onvermogen voor kationuitwisseling optreden op dat gebied door het zilver sulfide die kristallijn van bepaalde gebieden in tegenstelling tot amorf. Enkele deeltjes lijken afwijken van een sferische geometrie met een iets grotere breedte, mogelijk in de vorm na de zilversulfide template die de grootste afwijking was van de drie soorten shell. Absorptie spectrum kan worden observerend voor goud nanodeeltjes bedekt met 10 nm van ZnS. Analyse van de spectra in figuur 15, toont de resonantie is zeer vergelijkbaar met de CdS schelp maar met een plasmon piek bij 2,15 eV, die blauw-verschoven 100 meV van de CdS schelp van dezelfde diameter. De binnenste gouddeeltje van de ZnS gecoate nanodeeltjes behield zijn enkele kristalliniteit en tegelijkertijd de trend van een iets smaller tussenruimte van ongeveer 3,51 Å, gezien in de TEM beelden getoond in figuur 16. De ZnS shell analyse toonde tussenruimte van 5,31 Å gemiddeld die in overeenstemming is met zink-Blende kristalstructuur. 26 De schelpen zijn uniform met een gemiddelde diameter van ongeveer 10 nm. De schalen zijn veel dunner dan de CdS schelpen welke wordt veroorzaakt door de lagere hoeveelheid elektronen in de lichtere Zn in vergelijking met Cd. Inhomogeniteiten nog voorkomen op een paar deeltjes die het gevolg zou kunnen zijn om een van beide reeds bestaande gebreken in the zilver sulfide shell of de langere reactietijd en hogere temperaturen vereist voor de ZnS kationenuitwisseling reactie. FTIR spectrum van nanodeeltjes met mercaptoundecanoic zuur en 3,4-diaminobenzoëzuur kan worden waargenomen in Figuur 17. De moleculen via de thiolgroep voor mercaptoundecanoic acid (blauw) en de twee aminegroepen van 3,4-diamino benzoëzuur (rood binden ). De spectra worden vergeleken nanodeeltjes met oleylamine om het wisselende oppervlaktebedekking bevestigen. De belangrijkste functie aanwezig voor de oleylamine bedekte deeltjes (zwart) is een zeer breed NH stretch gelegen rond 3450 cm -1. Dit kan door een onregelmatige wijze strekken gevolg van de nabijheid van de nanodeeltjes aan de protonen op het amine stikstof. De Carbonyl stretch is zeer prominent in de FTIR spectrum voor de mercaptoundecanoic zuur beklede deeltjes, maar bevindt zich op ongeveer 1550 cm -1. In de 3,4-diaminobenzoëzuur eencid-capped nanodeeltjes, wordt een klein stuk carbonyl waargenomen dat is verdeeld in banden, maar het belangrijkste kenmerk is het karakteristieke OH rek die ongeveer 3300 cm -1 optreedt. Nanodeeltjes met een 5 nm straal CdS schelp en hetzij oleylamine (zwart) of mercaptoundecanoic zuur (rood) de oppervlakte worden waargenomen in Figuur 18. De nanodeeltjes gedispergeerd in tolueen oleylamine en ethanol mercaptoundecanoic zuur. Het oppervlak plasmon resonantie is vrijwel identiek voor beide liganden met een lichte verbreding en roodverschuiving waargenomen voor de mercaptoundecanoic zuur bedekte nanodeeltjes in ethanol. /53383fig9.jpg "/> p_upload / 53383 / 53383fig14.jpg "/> 
Figuur 1: Absorptiespectra gouden nanodeeltjes Een vergelijking van absorptiespectra van goud nanodeeltjes gesynthetiseerd met CTAC (Das.hed lijn), TTAC (vaste lijn) en oleylamine (fijne gestippelde) lijn oppervlakteactieve stoffen. 
Figuur 2: Absorptiespectra gouden nanodeeltjes gesynthetiseerd met CTAC en variërende verhoudingen van gedragen tert-butylamine reductiemiddel goud precursor De verhoudingen variëren van 23:. 1 tot 1: 1. De zwarte trace vertegenwoordigt de 23: 1 verhouding en goud als de hoeveelheid reductiemiddel vermindert de sporen te veranderen van donker naar licht blauwere. 
Figuur 3:. Vergelijking van breedte op halve het maximale uit een Gaussische fit van de absorptie lijnvorm spectrum De x-as geeft de verhouding van het reductiemiddel mol goud precursor in het monster en de y-as is de FWHM van de Gauss fitom de absorptie traceren. 
Figuur 4:. TEM beelden van gesynthetiseerde gouden nanodeeltjes met TTAC De TEM beelden worden verworven bij 200 kV versnellingsspanning en de omvang bar is 100 nm. 
Figuur 5:. TEM beelden van gesynthetiseerde gouden nanodeeltjes met CTAC De TEM beelden worden genomen op 200 KV verworven spanning en de omvang bar is 10 nm. 
Figuur 6: De genormaliseerde absorptiespectra van goud nanodeeltjes verspreid in water (uiterst rechts zwart) en diverse zilver shell diktes. Silver dikte neemt toe van rechts naar links (bla ck lichtblauw). 
Figuur 7:. De absorptie van mengsels van goud en zilver nanodeeltjes bij verschillende verhoudingen de hoogste hoeveelheid zilverdeeltjes wordt weergegeven door de achterliggende kromming en de hoeveelheid goud deeltjes toeneemt, de sporen lichter blauw. 
Figuur 8: TEM beelden van gesynthetiseerde gouden nanodeeltjes bedekt met zilver shell dikte van 3 nm in radius (boven); 5 nm straal (midden), en 7 nm radius (onder). De TEM beelden werden bij 200 kV versnellingsspanning en de schaalbalken zijn 20 nm (boven) en 10 nm (middelste en onderste)
Figuur 9:. Genormaliseerde absorptiespectra van gouden nanodeeltjes (zwart) met schelpen zilver sulfide (blauw, groen en rood) Hoe dikker de zilversulfide hoe lager de plasmon resonantie. 
Figuur 10:. Genormaliseerde absorptiespectra van goud nanodeeltjes met een zilveren shell en na toevoeging van zwavel The black trace vertegenwoordigt goud nanodeeltjes, het blauwe goud met een mantel van zilver en het rode spoor is na toevoeging van natriumsulfide in een 2: 1 mol ratio zilver in de schelp. 
Figuur 11: Genormaliseerde absorptiespectra van zilvernanodeeltjes vóór (rood) en na (zwart) toevoeging van natriumsulfide. ong> De nanodeeltjes gedispergeerd in water voor de absorptie experimenten. 
Figuur 12:. TEM beelden van gesynthetiseerde gouden nanodeeltjes bedekt met zilver sulfide shell met 5 (bovenste twee foto's) en 15 nm diktes (afbeelding onder) De TEM-beelden worden verkregen bij 200 kV versnellingsspanning en de omvang bars zijn 50 nm (top) en 5 nm (onder). 
Figuur 13: De genormaliseerde absorptie spectra van goud / CdS nanodeeltjes. Gouden nanodeeltjes zonder CD's worden weergegeven in het rood. De dunste CdS schaal (1 nm straal) wordt in zwart en als de dikte toeneemt, de sporen naar een lichter blauw.
Figuur 14:. TEM beelden van gesynthetiseerde goud nanodeeltjes bekleed met CdS shell dikte van 3 nm radius (top), 5 nm radius (midden), en 7 nm radius (onder) de TEM beelden werden bij 200 kV versnellingsspanning en de weegschaal bars 100 nm (boven), 20 nm (midden) en 5 nm (onder). 
Figuur 15:. Genormaliseerde absorptie spectra van goud nanodeeltjes met een 5 nm straal ZnS shell (rode sporen) Gold nanodeeltjes zonder shell worden getoond in het zwart. De blauwe curve is dezelfde gouden nanodeeltjes monster bedekt met CdS van dezelfde dikte. 
Figuur 16: TEM beelden van gesynthetiseerde goud nanoparticles bekleed met een ZnS shell met 5 nm dikte radius. De TEM-beelden werden bij 200 kV versnellingsspanning en de schaalbalken zijn 100 nm (boven), 10 nm (onder). 
Figuur 17:. FTIR spectra van nanodeeltjes met oleylamine (zwart), mercaptoundecanoic acid (blauw), en 3,4-diaminobenzoëzuur (rood) getoond De FTIR spectra genomen op vaste monsters gedroogde nanodeeltjes. 
Figuur 18:. Genormaliseerde absorptiespectra van goud nanodeeltjes met een straal van 5 nm CdS schelp en verschillende oppervlakte liganden, oleylamine in zwart mercaptoundecanoic zuur in rood De spectra worden verworven in tolueen (oleylamine) en ethanol (mercaptoundecanoic zuur) oplosmiddelen resp.Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
gouden nanodeeltjes
Om een hoge kwaliteit kern shell nanodeeltjes te garanderen, moet een monster van monodisperse goud nanodeeltjes eerst gesynthetiseerd als een matrijs. 28,29,30 We pasten de gouden nanodeeltjes synthese langketenige tertiaire aminen capped nanodeeltjes plaats van oleylamine-capped produceren nanodeeltjes. -Oleylamine capped nanodeeltjes vertonen een vrij smalle plasmon resonantie, indicatief voor monodisperse grootte, maar de deeltjes bereid via reductie met behulp van tert-butylamine en in aanwezigheid van de producten langketenige tertiaire aminen bedekte nanodeeltjes een significant smaller resonantiepiek . De variabiliteit van omvang kunnen onjuistheden verstrekken berekend voorloper volumes voor de shell materialen. Om de startgoud template, een onderzoek naar het effect van reductiemiddel goud verhouding op de FWHM van het colloïdaal goud oplossing absorptiespectrum verder te optimaliseren. Het reductiemiddel bedrag ooklijkt de grootte van de verkregen nanodeeltjes beïnvloeden, de langste golflengte oplossingen groter FWHM wijst op een grote grootteverdeling tonen ook. De FWHM is direct afhankelijk van de verhouding reductiemiddel, met een verhouding van 1: 1 met de kleinste breedte. Zorgen zijn er stoichiometrische equivalenten boraan tert-butyl amine en HAuCl 4 kan een gestage daling tarief te bieden en te produceren nucleates met een smalle grootteverdeling. Weinig waarneembare grootte of geometrische variatie wordt waargenomen binnen de gesynthetiseerde met CTAC of kortere koolstofketen TTAC monsters, maar de TTAC deeltjes een iets grotere diameter (25 nm) in vergelijking met de CTAC beklede deeltjes (16 nm) De beelden werden geanalyseerd met behulp ImageJ software om de deeltjes te vinden om monokristallijn rooster met een tussenruimte van ongeveer 2,3 A (literatuur value = 4,07 A) zijn. De deeltjes zijn monodispers met een standaardafwijking van de gemiddelde diameter van 0,02 nm voor de TTAC monsters en een licht glooiendy hogere afwijking van 0,4 nm voor de CTAC monsters. Er is enige overlap deeltje maar over het algemeen, kan heel weinig aggregatie in acht worden genomen. Mogelijke problemen met deze methode ligt de nauwkeurigheid bij het meten van de benodigde reductiemiddel. Indien een te hoge concentratie aan reductiemiddel wordt gebruikt, wordt een polydispers monster gevormd en een te lage concentratie de reactieopbrengst verlagen. Deze synthetische werkwijze voor het produceren van nanodeeltjes van goud kan worden uitgebreid tot onderzoek naar de effecten van het veranderen van de koolstofketenlengte. Onze gegevens tonen omvangrijke afhankelijkheid van de ketenlengte. Een 10 nm verschil in de geproduceerde nanodeeltjes diameter gezien alleen door het veranderen van de koolstofketen met twee koolstofatomen.
zilveren shell
Aangezien de zilveren schalen ook moeten worden omgevormd tot een amorf zilver sulfide shell in de volgende stap moet de synthesewerkwijze robuust en herhaalbaar. Het is aangetoond dat bekleed met een CTAC templa kan biedente uniforme groei van een zilveren nanocubes vanwege de vorming van gouddeeltjes met zowel {100} en {111} kristalvlak oriëntatie en preferentiële groei op {111} vlakken. De gouddeeltjes tonen voornamelijk {111} vlakken. Dit zorgt voor een versnelde groei tarieven voor de zilveren afzetting. Hier is deze methode gebruikt om afstembare, bolvormige schalen van zilver op goud nanodeeltjes kernen te produceren. Eerst wordt een aantal houders met toenemende dikte werden geproduceerd om de verschuiving van de oppervlakte plasmon resonantie controleren. Een blauwe verschuiving van het spectrum van ongeveer 60 MeV is waargenomen voor de oppervlakte plasmon resonantie, de karakteristieke gouden piek bij 2,38 eV tot ongeveer 3,0 eV met de dikste zilver shell. Opdat deze verschuiving niet door de vorming van kleine zilvernanodeeltjes oplossingen met variërende verhoudingen van goud en zilver nanodeeltjes worden gemaakt en gecontroleerd met UV-Vis spectra. Observatie van de plasmon shift met een mengsel van gouden en zilveren nanodeeltjes shows dat de plasmon niet geleidelijk verschuiven naar hogere energieën, maar daalt of stijgt in intensiteit wanneer de verhouding van beide nanodeeltjes wordt veranderd. Als meerderheid zilvernanodeeltjes aanwezig zijn in het mengsel, dan de piek bij 3,06 eV is meer prominent, maar geen verandering in de positie van de goud Plasmon optreedt. Bij afzetting van zilver op het goud oppervlak plaatsvindt, het goud Plasmon rode verschuivingen en verbreedt, totdat een tweede zilveren piek wordt gevormd. Tenslotte met dikke zilveren dekking, het goud plasmon wordt geëlimineerd en slechts een plasmon piek bij 3,06 eV wordt waargenomen. TEM-beelden werden geanalyseerd met ImageJ software om de deeltjes te vinden monokristallijn met roosterafstand zijn van een ongeveer 4,13-4,3 A vergelijkbaar met die van fcc zilver, 31 alsmede het ontbreken van losse zilverdeeltjes. De binnenste gouden nanodeeltjes werden ook geanalyseerd om te vinden dat de onderlinge afstand iets kleiner dan de kale goud nanodeeltjes met waarden 3,6-4 Å. Dit zou te wijten zijn aaneen kleine hoeveelheid stress positie over nanodeeltjes indien het reservoir wordt aangebracht. Over het algemeen de wanddikte lijkt uniform en meestal bolvormige met enkele monsters met een licht asymmetrische shell met één langgerekte einde. Dit rek is meer uitgesproken in de kleinere schaal maten, als de grotere shell diktes lijken meer uniform zijn. Deze procedure is eenvoudig maar veel zorg moet worden genomen om een hoge nauwkeurigheid bij hoeveelheden reactant waarborgen. De vorming van zilvernanodeeltjes geïsoleerde is mogelijk als een te hoge concentratie reductiemiddel wordt gebruikt of te hoge zilver-ion concentratie. De surfactant op de gouddeeltjes schijnt niet de vorming van de zilveren schalen beïnvloeden, maar als de colloïdale oplossing werd geroerd kan het zilver gevangen in de bellen die zich vormen op de top van de oplossing wordt, het verlagen van de nauwkeurigheid van de toegevoegde hoeveelheden . Nanocubes en andere vormen kunnen vormen als de temperatuur van de oplossing ook wordt verhoogd.
Zilversulfide shell
Zodra colloïdale oplossingen van Au / Ag kern shell nanodeeltjes worden gesynthetiseerd, kunnen de nanodeeltjes reservoir vervolgens worden omgezet in Ag 2 S. Drie verschillende routes om de zilververbinding te zetten, tot zilver sulfide bestudeerd en gekarakteriseerd via UV-Vis absorptie spectroscopie, teneinde een reproduceerbaar en robuust omzetting naar amorf zilver sulfide shell waarborgen. De plasmon resonantie van de nanodeeltjes is gemeld roodverschuiving bij toenemende wanddikte gevolg van de verandering in de brekingsindex van Ag Ag 2 S en de bandafstand van zilver sulfide, dat is ongeveer 1,1 eV voor bulk. De eerste methode gebruikt werd druppelsgewijze toevoeging van waterig natrium aan de colloïdale mengsel van Au / Ag colloïden. Natrium is een goedkope zwavel bron die het mogelijk maken voor de reactie wordt uitgevoerd zonder een faseverandering. De plasmon piek roodverschuiving met toenemende dekking van zilver sulfide onder invloed van de grotere refractie index van zilver sulfide en de bijdrage van de halfgeleider band gap. De hoeveelheid zilver sulfide gebruikt is berekend op basis van het aantal molen van zilver in de schelp. Een interessant fenomeen treedt op wanneer een grote hoeveelheid zwavel ionen die noodzakelijk zijn voor dikke schelpen zou zijn oplossing met de gouden zilvernanodeeltjes links in. De nanodeeltjes lijken op te lossen, waargenomen als een eliminatie van elke Plasmon absorptie. Zodra de zwavel wordt toegevoegd aan de colloïden wordt een brede kenmerkloze spectrum waargenomen. Om verdere studie dit fenomeen waterige natriumsulfide wordt ook toegevoegd aan een oplossing van zilvernanodeeltjes. Een alternatieve zwavel precursor thioacetamide, die is gebruikt als zwavel ionenbron in verschillende organische reacties. Dit kan een waterige en minder reactief zwavelbron verschaffen die nauwkeuriger shell controle en elimineren de ontbinding van de nanodeeltjes in oplossing. Conversie van Au / Ag colloïden Au / Ag 2 S succesvol geblekenmaar hetzelfde verschijnsel werd waargenomen onder toepassing thioacetamide als zwavel precursor. Dit probleem zou kunnen worden vermeden met aandacht voor de reactie bedragen, maar een alternatieve methode werd gebruikt die gelijk is controle over ontzwaveling van de zilveren schaal aangeboden. Wanneer elementaire zwavel werd opgelost in een tolueenoplossing met oleylamine en oliezuur, kan de zilveren schaal worden omgezet in zilver sulfide met oleaat passiveren. De verkregen nanodeeltjes kan vervolgens worden geïsoleerd door centrifugeren en opnieuw gedispergeerd in hexaan of tolueen. De absorptie spectrum was gelijk aan de in figuur 9 die. De nanodeeltjes werden vervolgens geanalyseerd via TEM. In het algemeen neigt het zilver sulfide shell om iets groter dan de vorige silver vormen maar zeer uniform en sferisch met een standaardafwijking van 1,8 nm. De binnenste gouden nanodeeltjes behouden ook hun single kristalliniteit met een onderlinge afstand van 3,51 Å. Deze verdere compressie van het goud rooster ondersteunt de theoriedat verhoogde stress van de schaal veroorzaakt een compressie van het goud deeltje.
Cadmium Sulfide en zinksulfide shell via kationenuitwisseling
Het zilver sulfide werd vervolgens omgezet in cadmium sulfide via de literatuur methode. 9 De absorptie wordt voornamelijk featureless voor dikkere schelpen met brede schouders vormen van ongeveer 2,5 eV. Deze verschuivingen kunnen worden toegeschreven aan veranderingen in de brekingsindex en diëlektrische omgeving van het nanodeeltje en de hogere energie "bulten" kan worden veroorzaakt door directe opname van de halfgeleider shell. Deze spectroscopische veranderingen kunnen worden gebruikt om tussenliggende waarden, respectievelijk geproduceerde wanddikte. De nanodeeltjes werden verder bestudeerd via TEM. De CdS shell analyse bleek afstand van 6.00 Å gemiddeld, in overeenstemming met zink-Blende kristalstructuur. De schalen vertonen een hoge monodispersiteit bij elke dikte en geen aggregatie van de nanodeeltjes wordt waargenomen. Een paar nanoparticles toonde een kleine plek waar er lijkt weinig shell dekking. Dit kan worden veroorzaakt door een onvermogen voor kationuitwisseling optreden op dat gebied door het zilver sulfide die kristallijn van bepaalde gebieden in tegenstelling tot amorf. Enkele deeltjes lijken afwijken van een sferische geometrie met een iets grotere breedte, mogelijk in de vorm na de zilversulfide template die de grootste afwijking was van de drie soorten shell. Significante veranderingen in de absorptie worden waargenomen na kationenuitwisseling. De staarten van beide absorptiespectrum begint exponentieel toenemen met energieën groter dan 2,5 eV bij de ZnS schelp met dubbele de absorptie van de CdS schelpen. De nanodeeltjes werden verder geanalyseerd met TEM. De ZnS shell analyse bleek afstand van 5.31 Å gemiddeld, die in overeenstemming is met zink-Blende kristalstructuur. De schelpen zijn uniform met een gemiddelde diameter van ongeveer 10 nm. De schelpen zijn veel dunner dan de CdS schelpen die due naar het laagste bedrag van elektronen in de lichtere zink in vergelijking met cadmium. Inhomogeniteiten komen nog op enkele deeltjes die kunnen optreden vanwege bestaande defecten in het zilver sulfide shell of langere reactietijd en hogere temperaturen vereist voor het ZnS kation uitwisselingsreactie. De houders kunnen worden veranderd om een groep II-IV halfgeleiders, waardoor een meer uitgebreid onderzoek van fysische en optische eigenschappen als functie van de lokale omgeving diëlektricum.
ligand Exchange
Functionalisering van het buitenoppervlak van de houder vindt plaats via liganduitwisseling. FTIR diende als de belangrijkste karakterisering techniek om te bepalen welke chemische stof op het oppervlak aanwezig is. Het gebruik van nucleofiele bindende groepen zorgt voor een sterke band naar de shell oppervlak dat niet af zal vallen in de tijd. Twee verschillende typen functionele groepen geplaatst op de deeltjes, hetzij een carbonzuur of een amine.De nanodeeltjes werden gewassen met methanol om alle overmaat ligand bij het einde van de uitwisseling verwijdert. Nanodeeltjes met oleylamine als oppervlakte ligand waren oplosbaar in apolaire oplosmiddelen zoals chloroform, hexaan of tolueen. Een volledige liganduitwisseling kan worden bevestigd door een verandering in oplosbaarheid polaire oplosmiddelen zoals water of ethanol. De absorptie spectrum laat zien dat de deeltjes behouden hun plasmon resonance, ongeveer 550 nm voor nanodeeltjes met een 5 nm schil van CdS. Dit ligand uitwisseling kan worden uitgevoerd met kleurstoffen of andere chromofoor met gelijkaardige nucleofiele functionaliteiten. Zoals bij alle uitwisselingsprocedures ligand, irreversibele aggregatie altijd mogelijk en kan worden voorkomen door het aantal wasstappen beperken en verzadigt de oplossing met de gewenste ligand. Het ligand dat wordt gezocht te binden aan het oppervlak moet ook een hogere affiniteit voor de nanodeeltjes oppervlak dan het natieve oleylamine.
dit technique is een eenvoudige modificatie van een eerder ontwikkelde methode om hoge kwaliteit hybride nanodeeltjes. De werkwijze is eerder beschreven, echter problemen die reproduceerbaarheid deeltje stabiliteit en monodispersiteit kunnen voorkomen, bleef. Deze zorgvuldige studie blijkt dat een goed gekarakteriseerd en monodisperse monster van goud eerst moeten worden gebruikt om een hoge kwaliteit te garanderen samples. Met behulp van CTAC als het oppervlakte voor het goud nanodeeltjes zorgt voor een hoge monodispersiteit daarbij tevens gemakkelijk afzetting van zilver met nanometer precisie. Zilver kan op het goud worden afgezet bolvormige schalen met een bereik van 1 tot> 20 nm in diameter en hoge stabiliteit in waterige oplossingen te vormen. Het zilver shell is de template voor conversie naar een amorfe zilver sulfide. De nanodeeltjes kunnen vervolgens worden overgedragen aan de organische fase na zwaveling van het zilver reservoir in de aanwezigheid van oleaat surfactant een amorfe schil van iets grotere s producerenize dan de vorige zilver schelp. Karakterisering via UV-Vis absorptie spectroscopie en TEM maakt correlatie van de Plasmon piek met fysieke grootte parameters. Deze robuuste procedure kan ook worden uitgebreid tot andere shell soorten zoals lood, of ijzer als goed. Deze procedure kan het platform voor een nieuwe generatie apparaten waarop in plaats van meerdere soorten toe te optimaliseren, de kern schil soort kan in plaats daarvan aangepast waardoor meer gemakkelijke apparaatontwerp door de hoeveelheid materiaal die nodig is. Deze deeltjes zal ook een platform voor het binden van andere materialen voor studies van afstandsafhankelijke plasmonische versterking van de halfgeleiderlaag doet als afstandhouder tussen de chromofoor en goudoppervlak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
Dit materiaal is gebaseerd op het werk ondersteund door de National Science Foundation onder CHE - 1352507.
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. |
References
- 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).
- 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).
- Ide, M. S., Davis, R. J. The Important Role of Hydroxyl on Oxidation Catalysis by Gold Nanoparticles. Accounts of chemical research. , (2013).
- 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).
- Wang, H., et al. Computed tomography imaging of cancer cells using acetylated dendrimer-entrapped gold nanoparticles. Biomaterials. 32, 2979-2988 (2011).
- 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).
- Costi, R., Saunders, A. E., Banin, U. Colloidal hybrid nanostructures: a new type of functional materials. Angewandte Chemie International Edition. 49, 4878-4897 (2010).
- Xu, X., et al. Near-Field Enhanced Plasmonic-Magnetic Bifunctional Nanotubes for Single Cell Bioanalysis. Advanced Functional Materials. 23, 4332-4338 (2013).
- Zhang, J., Tang, Y., Lee, K., Ouyang, M. Nonepitaxial growth of hybrid core-shell nanostructures with large lattice mismatches. Science. 327, 1634-1638 (2010).
- 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).
- Khatua, S., et al. Resonant Plasmonic Enhancement of Single-Molecule Fluorescence by Individual Gold Nanorods. ACS Nano. 8, 4440-4449 (2014).
- Lakowicz, J. R., et al. Plasmon-controlled fluorescence: a new paradigm in fluorescence spectroscopy. Analyst. 133, 1308-1346 (2008).
- Tam, F., Goodrich, G. P., Johnson, B. R., Halas, N. J. Plasmonic enhancement of molecular fluorescence. Nano Letters. 7, 496-501 (2007).
- Achermann, M. Exciton-Plasmon Interactions in Metal-Semiconductor Nanostructures. The Journal of Physical Chemistry Letters. 1, 2837-2843 (2010).
- 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).
- Kamat, P. V. Quantum Dot Solar Cells. Semiconductor Nanocrystals as Light Harvesters. The Journal of Physical Chemistry C. 112, 18737-18753 (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Reiss, P., Protière, M., Li, L. Core/Shell Semiconductor Nanocrystals. Small. 5, 154-168 (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
- Lambright, S., et al. Enhanced Lifetime of Excitons in Nonepitaxial Au/CdS Core/Shell Nanocrystals. ACS Nano. 8, 352-361 (2014).
- 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).
