Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Substrat bağlı Au Nanowires bir aktif yüzey büyüme mekanizması yoluyla sentezi

Published: July 18, 2018 doi: 10.3791/57808
Automatic Translation
*1, *1, 2, 1, 1, 1, 1, 1,2
1Institute of Advanced Synthesis, School of Chemistry and Molecular Engineering, Jiangsu National Synergetic Innovation Center for Advanced Materials, Nanjing Tech University, 2Chemistry and Biological Chemistry, Nanyang Technological University
* These authors contributed equally

Summary

Biz substrat bağlı Au nanowires sentezlemek için bir çözüm tabanlı yöntemi bildirin. Sentez sırasında kullanılan moleküler ligandlar PLL Dijital ayar, Au nanowires farklı yüzey özellikleri ile çeşitli yüzeyler üzerinden yetiştirilen olabilir. Au nanowire tabanlı nanoyapıların da tepki parametreleri ayarlayarak sentez.

Abstract

Sentetik yetenekleri ilerleyen Nanobilim ve nanoteknoloji gelişimi için önemlidir. Simetrik kristallerinin asimetrik büyüme gerektirdiği nanowires sentezi her zaman bir mücadele vardı. Burada, substrat bağlı Au nanowires farklı bir sentez raporu. Bu ücretsiz şablon sentez thiolated ligandlar ve substrat adsorpsiyon Au sürekli asimetrik birikimi çözüm, ortam koşulları elde etmek için kullanır. Böylece Au ifade sadece Au tohum ve substrat arasında arayüz, thiolated ligand tohumlar, Au birikimi maruz yüzeyi engelledi. Belgili tanımlık substrate karşı karşıya alt ligand-alerjik ve Au yükünün sonraki raunda aktif kalırken yeni yatırılan Au nanowires tarafında hemen thiolated ligand ile kaplıdır. Daha fazla bu Au nanowire büyüme üzerinde çeşitli yüzeylerde indüklenen ve farklı thiolated ligandlar nanowires yüzey kimyası düzenlemek için kullanılan gösterir. Nanowires çapı da karışık ligandlar, başka bir "kötü" ligand yanal büyüme dönüşebilecek ile kontrol edilebilir. Mekanizması anlayışı ile Au nanowire tabanlı nanoyapıların tasarlanmış ve sentez.

Introduction

Tipik bir boyutlu Nanomalzemeler, nanowires toplu ile ilgili özellikleri ve nano yapısı kuantum etkilerinden kaynaklandığı benzersiz özellikler bulunmamaktadır. Nano ve toplu ölçek malzemeler arasında bir köprü onlar yaygın kataliz, algılama ve nanoelectronic cihazlar, vbçeşitli alanlarında uygulandı. 1 , 2 , 3.

Ancak, genellikle kristallerin içsel simetri kırılma gerektirir gibi nanowires sentezi uzun büyük bir mücadele olmuştur. Geleneksel olarak, bir şablon malzeme birikimi düzenlemek için istihdam edilmektedir. Örneğin, şablon-electrodeposition nanowires Ag nanowires ve CD nanowires4,5,6,7,8,9 gibi türleri oluşumu için kullanılan ,10. Başka bir ortak substrat bir yüksek sıcaklık11üzerinde anisotropic büyümesini teşvik için erimiş bir katalizör istihdam buharı-sıvı-katı (VLS) büyüme yaklaşımdır. Metal nanowires sentezi için ortak stratejiler Ag nanowires poliol yöntemleri ve oleylamine destekli ultrathin Au nanowires12,13,14,15' dir. Her iki yaklaşımın malzeme özgüdür ve nanowire parametreleri kolayca sentezi sırasında ayarlanan değil. Buna ek olarak, basınç tahrik yöntemi, nereye monte metal nano tanecikleri mekanik olarak sıkıştırılır ve nanowires16,17,18erimiş metal nanowires da oluşturulabilir.

Son zamanlarda, kendine özgü bir yöntem sentez Au nanowires19bildirdi. Bir thiolated küçük molekül ligand asist ile nanowires büyümek ve toplu Si gofret substrat, ortam koşulları üzerinde dikey olarak hizalanmış bir dizi oluşturur. Ligandlar simetri kıran büyümesinde önemli bir rol oynamaktadır bulundu. Substrat adsorbe Au tohum yüzeye kuvvetle, tohum ve substrat arasında ligand-eksik arabirim, seçmeli olarak yatırmak Au zorlama bağlar. Yeni yatırılan Au ve substrat arasında arayüz ligand eksik kalır, bu nedenle, aktif yüzey boyunca tüm büyümeye bulunmaktadır. Ligand konsantrasyonu, tohum türü ve konsantrasyon yanı sıra başka birkaç parametre ayar tarafından bir dizi Au nanowire tabanlı nanoyapıların sentez.

Bu çalışmada, bu uygun Au nanowires sentezi için detaylı bir protokol sağlayacaktır. Türetilmiş bir sentez de iki ligandlar ve büyüme ayarlama tarafından kurulan nanowire tabanlı Au nanoyapıların karıştırarak Au nanowires hidrofobik yüzey özelliği, Au nanowires diğer yüzeyler üzerinde konik Au nanowires sentezi de dahil olmak üzere sunulan koşullar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Dikkat: Lütfen ayrıntılı kullanım ve depolama talimat için kimyasal malzeme güvenlik bilgi formları (MSDS) denetleyin. Kimliği belirsiz riski olabileceğinden Nanomalzemeler, taşıma sırasında dikkatli olun. Lütfen bir duman mahallede deneyler yapabilir ve uygun kişisel koruyucu donanımları.

1. tohum nano tanecikleri sentezi

Not: erken çekirdekleşme nanoparçacık sentezi sırasında neden hatalarını önlemek üzere, aqua regia sentezini ve durulama su ile iyice kullanılan cam ve heyecan bar yıkayın.

  1. 3-5 nm Au nano tanecikleri sentezi
    1. Bir hidrojen tetrachloroaurate (III) (HAuCl4) çözüm HAuCl4∙3H2O deiyonizasyon 1 ml 10 mg çözülerek 4 mL şişede su (DI su) hazırlayın. HAuCl4 çözüm 0,197 mL 50 mL yuvarlak alt şişesi pipet.
    2. 19.7 mL DI su şişesi için HAuCl4 çözüm sulandırmak için ekleyin.
    3. 10 mg sodyum sitrat 1 ml % 1 sodyum sitrat hisse senedi çözüm hazırlamak için başka bir 4 mL flakon DI suda çözülür. 1.1.2. adımda hazırlanan seyreltik HAuCl4 çözüm 0.147 mL % 1 Sodyum nitrat çözeltisi ekleyin.
    4. 0.1 M sodyum borhidrür (NaBH4) çözüm NaBH4 DI su 0.6 ml 2.3 mg çözülerek hazırlayın.
    5. Hızlı bir şekilde adım 1.1.3 güçlü karıştırma altında karışım içine 0.6 mL 0.1 M NaBH4 çözeltisi enjekte. Soluk sarı çözümden parlak turuncu bir anında renk değiştirmek için kontrol edin.
    6. Başka bir 10 dakika çözüm kırmızımsı turuncu aşamalı renk değişikliği için bir dakika süreyle karışımı ilave edin.
    7. UV-VIS spektroskopisi ve elektron mikroskobu (SEM) tarama ile elde edilen Au nano tanecikleri boyutunu doğrulayın.
  2. 15 ila 40 nm Au nano tanecikleri sentezi
    1. Bir 250 mL yuvarlak alt şişesi 100 mL DI su ekleyin. 10 mg HAuCl4∙3H2O katı ağırlığında ve yuvarlak alt şişeye geçiyoruz.
    2. Balonun manyetik heyecan çubuğu eklemek ve şişeye bir kondansatör ile donatmak. 1.2.1-100 ° c bir yağ banyosu içinde hazırlanan solüsyona ısı ve karıştırın. 10 dk için çözüm cezir.
    3. 40 mg sodyum sitrat ağırlığında ve 4 mL % 1 sodyum sitrat hisse senedi çözüm hazırlamak için DI su geçiyoruz.
    4. 15 nm Au nano tanecikleri sentezlemek için 3 mL % 1 Sodyum nitrat çözeltisi 1.2.3 adımından şırıngayla haşlanmış karışıma ekleyin.
      Not: 1 dk içinde gri ve sonra yavaş yavaş için kırmızı renk çözüm döner.
      1. 40 nm Au nano tanecikleri sentezlemek için 1,5 mL % 1 Sodyum nitrat çözeltisi kaynar çözümü bir şırınga 1.2.2 adımından enjekte. Yaklaşık 10 dakika kırmızıyla durumuna gelinceye kadar kaynar çözüm tutmak.
        Not: Çözüm rengini değiştirir şeffaf siyah, koyu gri, daha sonra ve nihayet mor olarak yaklaşık 1 dakika için.
    5. 30 dk. serin ortam koşulları oda sıcaklığında çözümü aşağı için tepki çözüm cezir devam'i tıklatın.
    6. Boyutu ve düzgünlüğü elde edilen Au nano tanecikleri UV-VIS spektroskopisi ve SEM ile karakterize

2. Au Nanowires sentezi (Uzunluk = ~ 500 nm) silisyum (Si) gofret ve çeşitli yüzeyler

  1. Belgili tanımlık substrate tohum adsorpsiyon için hazırlayın.
    1. Si Gofret 5 mm ´ 5 mm parçalar kesin. DI su ve ultrasonik banyo, her 15dk için sırayla etanol Si gofret taşlarla temizlemek.
    2. Si gofret için 20 dk 29.6 W O2 plazma (220 V işletilen) ile tedavi.
      Not: Gofret yüzeyine hidrofilik haline gelir.
    3. 5 mM 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) çözüm APTES 11.1 mg DI su (5 mL) ve etanol 20 mL şişe (5 mL) karışımı için çözülerek hazırlayın.
    4. Adım 2.1.3 20 mL flakon 30 dk için hazırlanan APTES solüsyona Si gofret bir parça ıslatın.
    5. Si gofret almak ve iyice etanol ve DI su ile yıkayın.
  2. Tohum nano tanecikleri substrat üzerine absorbe.
    1. 3-5 Nm Au tohum çözüm adım 1.1 2s için hazırlanan Si gofret emmek.
      1. Au nanowires 15 nm Au tohumlarından büyümeye, 15 nm Au nanopartikül çözüm için 2 h Si gofret emmek.
      2. Au nanowires 40 nm Au tohumlarından büyümeye, 40 nm Au nanopartikül çözüm için 2 h Si gofret emmek.
    2. Si gofret almak ve 50 mL unabsorbed Au nano tanecikleri kaldırmak için DI su ile yıkayın.
  3. Substrat bağlı Au nanowires büyümek.
    1. 1.65 mM 4-mercaptobenzoic asit (4-MBA) çözüm 4-MBA 10 mL etanol 2.5 mg çözülerek hazırlayın.
    2. 5.10 mM HAuCl4 çözüm 20.1 mg HAuCl4∙3H2O 5 mL etanol de bir karışımı ve 5 mL DI su çözülerek hazırlayın.
    3. 12.3 mM L-askorbik asit solüsyonu DI 10 mL L-askorbik asit 21,7 mg çözülerek su hazırlamak.
    4. 5.10 mm HAuCl4 çözüm 0.5 mL 0.5 mL 1.65 mM 4-MBA çözeltisi 10 mL şişe içinde karıştırın.
    5. 2.3.4. adımda hazırlanan karışık solüsyona 2.2.2. adımdaki tohum adsorbe Si gofret emmek.
    6. 0.5 mL 12.3 mM L-askorbik asit çözeltisi gofret bulanmış karışık çözüm içine ekleyin. Şişeyi eşit olarak çözüm karışımı yavaşça salla.
    7. Gofret bırakın ve çözüm için 15 dk. kesintisiz büyüme süreci ve kırmızımsı kahverengi parlak gri Si gofret yüzeyine renk değişikliği sırasında kabarcık oluşumu denetleyin.
    8. Si gofret almak ve etanol ve DI su ile durulayın. Ortam koşulları, Si Gofret makinası ve altın için açmak için gofret yüzeyinde bekleyin.
    9. Au nanowires SEM ile morfolojisi karakterize
  4. Au nanowires bir cam slayt üzerinde büyümesi için Al2O3, SrTiO3, LaAlO3, indiyum kalay oksit (ITO) ve kalay oksit (FTO) F-katkılı yüzeylerde, temizlik işlemleri de dahil olmak üzere aynı yordamları izleyin.

3. farklı ligandlar ile Au Nanowires sentezi

  1. Au nanowire sentezi ormanlar ile çeşitli thiolated ligandlar: 2-naphthalenethiol (2-NpSH), 4-mercaptophenylacetic asit (4-MPAA) ve 3-mercaptobenzoic asit (3-MBA).
    1. Aynı yordamı adımla 2.1-2.2 Si gofret tedavi.
    2. 1.65 mM 2-NpSH çözüm 2-NpSH 10 ml etanol 2.6 mg çözülerek hazırlayın.
      1. 1.65 mM 4-MPAA çözüm 4-MPAA 10 ml etanol 2.8 mg çözülerek hazırlayın.
      2. 1.65 mM 3-MBA çözüm 2.5 mg 3-MBA 10 mL etanol çözülerek hazırlayın.
    3. 5.10 mM HAuCl4 çözüm ve aşağıdaki adımları 2.3.1-2.3.3 aynı yordamı 12.3 mM L-askorbik asit solüsyonu hazırlayın.
    4. 10 mL flakon HAuCl4 çözüm 0.5 mL 0.5 mL 2-NpSH çözeltisi ile karıştırın ve karışım homojen bir çözüm elde etmek için çalkalanır.
      1. 10 mL flakon HAuCl4 çözüm 0.5 mL 0.5 mL 4-MPAA çözeltisi ile karıştırın ve karışım homojen bir çözüm elde etmek için çalkalanır.
      2. 10 mL flakon HAuCl4 çözüm 0.5 mL 0.5 mL 3-MBA çözeltisi ile karıştırın ve karışım homojen bir çözüm elde etmek için çalkalanır.
    5. 0.5 mL 12.3 mM L-askorbik asit çözeltisi gofret bulanmış karışık ekleyin. Yavaşça eşit karma bir çözüm elde etmek için şişeyi sallayın.
    6. Gofret ve çözüm 15 dk. gözlemlemek için rahatsız yavaş yavaş parlak gri kırmızımsı kahverengi dönüm Si gofret yüzeyine bekletin.
    7. Si gofret almak ve etanol ve DI su ile durulayın ve gofret yüzeyinin altına olana sı gofret ortam koşulları, Kuru.
    8. Au nanowires SEM yapısıyla orman onaylamak
  2. Konik Au nanowires ile karışık ligandlar sentezi.
    1. 4-MBA ve 3-mercaptopropanoic asit (3-MPA) karışık ligandlar ile kalınlaşmış Au nanowires sentezi (c4-MBA/c3-MPA = 3:1).
      1. Adımda 2.1-2.2 tohum çözüm 100 kere seyreltik dışında aynı yordamı Si gofret tedavi.
      2. 3 mM 4-MBA çözüm 4-MBA 10 mL etanol 4.6 mg çözülerek hazırlayın.
      3. 3 mM 3-MPA çözüm 3-MPA 10 ml etanol 3.2 mg çözülerek hazırlayın.
      4. Mix 0.75 mL 3 mM 4-MBA çözeltisi ile 0.25 mL 3 mM 3-MPA çözeltisi (içinde 10 mL şişe. Homojen bir çözüm elde etmek için hafifçe sallayın.
      5. 5.10 mM HAuCl4 çözüm ve aşağıdaki adımları 2.3.2-2.3.3 aynı yordamı 12.3 mM L-askorbik asit solüsyonu hazırlayın.
      6. 3.2.1.4. adımda karışık çözüm 5.10 mm HAuCl4 çözüm 0.5 mL ekleyin ve çözüm homojenize için hafifçe sallayın.
      7. Adım 3.2.1.1 10 mL flakon karışık çözümde Si gofret emmek. 0.5 mL 12.3 mM L-askorbik asit çözeltisi karışık ekleyin.
      8. 10 dk sonra Si gofret çıkar ve etanol ve DI su ile durulayın.
      9. Ortam koşulları, Gofret makinası ve yapı SEM tarafından onaylayın
    2. 4-MBA ve 3-MPA karışık ligand ile konik Au nanowires sentez (c4-MBA/c3-MPA = 6:4). Bunun yerine adım 3.2.1 0.6 mL 3 mM 4-MBA çözüm ve 0.4 mL 3 mM 3-MPA çözeltisi ile aynı yordamları izleyin.
    3. Konik Au nanowires ile 4-MBA ve 3-MPA karışık ligandlar sentez (c4-MBA/c3-MPA = 1:1). Bunun yerine adım 3.2.1 0.5 mL 3 mM 4-MBA çözüm ve 0.5 mL 3 mM 3-MPA çözeltisi ile aynı yordamları izleyin.

4. Au Nanowire tabanlı karmaşık nanoyapıların sentezi

  1. Kalın-ince-kalın-ince parçalarla segmental Au nanowires sentezi.
    1. Aynı yordamı adımla 2.1-2.2 Si gofret tedavi.
    2. 1.65 mM 4-MBA çözüm 4-MBA 10 mL etanol 2.5 mg çözülerek hazırlayın.
    3. 0.0830 mM 4-MBA çözüm 20 kez 1.65 mM 4-MBA çözüm sulandrarak hazırlayın.
    4. HAuCl4 ve aynı yordamı adımları 2.3.2-2.3.3 içinde L-askorbik asit solüsyonu hazırlayın.
    5. Büyüme çözüm A 1,5 mL 0.5 mL 1.65 mM 4-MBA çözeltisi, 0.5 mL 5.10 mM HAuCl4 çözeltisi ve 0.5 mL 12.3 mM L-askorbik asit çözeltisi karıştırarak hazırlayın (son konsantrasyonu: c4-MBA 0.550 mM, cHAuCl4 = = 1,70 mM cL-askorbik asit = 4.10 mM).
    6. 0.0830 mM 4-MBA çözüm, 5.10 mm HAuCl4 çözüm, 0.5 mL 12.3 mM L-askorbik asit çözeltisi 0.5 mL 0.5 mL karıştırarak 1,5 mL büyüme çözeltisi B hazırlamak (son konsantrasyonu: c4-MBA 0.0280 mM, cHAuCl4 = = 1,70 mM, cL-askorbik asit = 4.10 mM).
    7. Yaklaşık 1 dakika için büyüme çözüm B içeren bir 10 mL flakon Si gofret bırakın.
    8. Hızla büyüme çözüm A içeren başka bir 10 mL şişe kurutma olmadan Si gofret aktarmak ve 2 min için büyümeye bırakın.
    9. Adımları 4.1.7-4.1.8 bir kez daha yineleyin.
    10. Si gofret çıkar ve 50 mL etanol ve 50 mL DI su ile durulayın.
    11. SEM tarafından elde edilen kesimli Au nanowires yapısını onaylamak
  2. Nanoflowers sentezi
    1. Adımda 2.1-2.2, aynı yordamlar dışında bir 5 dk O2 plazma tedavi ile aşağıdaki Si gofret tedavi.
    2. Bir 10000 x seyreltilmiş 3-5 nm 15dk için Au tohum çözüm içeren bir 10 mL flakon Si gofret emmek.
    3. Si gofret adım 4.2.2 unabsorbed Au nano tanecikleri kaldırmak için iyice DI su ile yıkayın.
    4. 0.550 mM 4-MBA, 1,70 mM HAuCl4ve 4.10 mM L-askorbik-asit, adım 4.1.5 aynı yordamı içeren bir büyüme çözüm hazırlamak.
    5. 30 büyüme solüsyon içeren bir 10 mL flakon gofret emmek s.
    6. Gofret büyüme çözümden kaldırmak ve çözüm ince bir tabaka bırakın (~ 13-15 μL) üzerinde gofret.
    7. Hızlı bir şekilde oda sıcaklığında gofret kuruttun.
    8. Nanoflower yapı SEM tarafından onaylamak

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Au nanopartikül tohumlar, substrat bağlı Au nanowires ve türev nanoyapıların nanowire tabanlı karakterizedir Au SEM Şekil 1 gösterir temsilcisi SEM görüntüleri 3-5 Nm Au nano tanecikleri, 15 nm Au nano tanecikleri ve 40 nm Au boyutlarını, adsorpsiyon ve dağıtım teyit Si gofret üzerinde adsorbe nano tanecikleri. Kendi tohumlarından Si gofret substrat yetiştirilen Au nanowires da sunulmaktadır. Tipik Au nanowires yüzeylerde gofret substrat, yani, cam alt katman, vbbaşka temsilcisi SEM görüntüleri. Şekil 2' de sunulmuştur. Kalinlasmis nanowires temsilcisi SEM görüntüleri ile çeşitli ligandlar sentezlenmiş ve karışık ligandlar Şekil 3' te sunulmaktadır. Temsilcisi SEM görüntüleri segmental nanowires ve nanoflower yapısı Şekil 4' te sunulmaktadır.

Figure 1
Şekil 1: SEM görüntüleri nanowire büyüme önce Au nanopartikül tohumların: (a) 3-5 nm(b) 15 nm ve (c) 40 nm Au nano tanecikleri. (D) 3-5 nm, (e) 15 nm ve (f) 40 nm tohumlar gofret yüzey üzerinde yetiştirilen Au nanowires. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: SEM görüntüleri substrat Si gofret dışında yetiştirilen Au nanowires. Nanowires gelen büyüdü: (bir) Al2O3, (b) SrTiO3, (c) LaAlO3 (d) cam slayt, (e) ITO ve (f) FTO yüzeylerde. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: SEM görüntüleri ile diğer ligandlar sentezlenmiş. Ultrathin nanowire diziler (bir) MPAA, (b) 2-Naphthalenethiol, (c) 3-MBA ligandlar ile kurdu. Konik Au nanowires oluşan 4-MBA ve 3-MPA ile karışık ligandlar: (d) c4-MBA : c3-MPA = 3:1, (e) c4-MBA : c3-MPA = 6:4 ve (f) c4-MBA : c3-MPA = 1:1. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4: SEM görüntüleri karmaşık Au Kuzey tabanlı nanoyapıların. kalın-ince-kalın-ince parçalarla (bir) Segmental nanowire; büyüme eriyik üstünde belgili tanımlık substrate kurutma tarafından (b) nanoflowers. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu yönetilen aktif yüzey büyüme nanowire sentezi mekanizması önceki iş19' kapsamlı bir şekilde tartışıldı. Ayrıca, tohum boyutları ve türleri etkileri yanı sıra ligand türleri ve boyutları etkisini de incelenen20,21olmuştur. Genellikle. nanowire büyüme önceki bildirilen rotalar çok farklıdır. Herhangi bir şablon gereklidir ve asimetrik büyüme ligand şapkalı Au yüzey ve belgili tanımlık substrate karşı karşıya Au yüzeyler arasındaki farklar tarafından indüklenen. Yeni yatırılan Au yüzeyi her zaman taze ve ligand-eksik olduğundan aktif yüzey bütün büyüme sürecinde etkin olarak kalır. Burada biz bu sentez gerçekleştirme bir deneysel işlemin bizim tartışma konsantre. Reaksiyon ortam koşul altında gerçekleşir; Yine de, birkaç puan yine bu nanoyapıların sentezleme daha iyi kontrol için vurguladı gerekiyor.

Au nanowires sentezi tohum nano tanecikleri hazırlanması ile başlar. Genel olarak, herhangi bir Au nanoyapıların nanowires büyüyen tohum olarak istihdam edilecek. Ancak, tohumlar üzerinde substrat yoğunluğu aşağıdaki Au ifade ve nanowire büyüme süreci için önemlidir. Tohum yoğunluğu aktif, nereye belgili tanımlık Au üzerine yatırma yoğunluğu karar verir. Ligand, HAuCl4 ve L-askorbik asit konsantrasyonları sabit tutulur, Au miktarını sınırlı birim başına zaman aynı kalmak. Sonuç olarak, her etkin site üzerinde yetiştirilen Au nanowire-cekti var olmak çok daha hızlı ve elde edilen nanowires tohum yoğunluğu azalır eğer daha uzun olurdu. Çok fazla Au ifade bir aktif, genişleme neden ve aktif yüzey bölme diğer bir olası senaryo görünüm ve genişleme Au nanowire demetleri olacaktır. Tohum üzerinde substrat yoğunluğu iki şekilde kontrol edilebilir: tohum kuluçka süresi ve substrat kuluçkaya için kullanılan tohum çözüm konsantrasyonu. Burada açıklanan her Au nano tanecikleri çözeltinin konsantrasyonu aynı değildir ve büyüklük içinde fark olabilir kayda değer olduğunu. Bu nedenle, tohum çözüm konsantrasyonu bazen gerekli olacaktır. 3-5 nm ve 15 nm Au nano tanecikleri karşılaştırma temsilcisi sonucu gösterildiği gibi sigara konsantre 40 nm Au nano tanecikleri yetiştirilen Au nanowire daha fazla ve paketler oluşturur. Öte yandan, tohum yoğunluğu bilerek karışık ligandlar ile kalın nanowires hazırlarken azalır. Yanal büyüme kalın nanowire büyüme sırasında aynı anda boyuna uzama ile olduğu gibi bu nanowires füzyonu kaçınmaktır. Yoğun tohum adsorpsiyon Au tohum sürekli bir Au film için Fusion başından aşamada daha fazla nanowire büyüme engelleyen yol açacak.

Tohum substrat adsorpsiyon sistematik bir asimetri Au tohum yüzeyinde oluşturmak için önemlidir. Amin yer alan siloxane eki Au tohum elde etmek için kullanın. Au tohum amin grubu ve nanoparçacık yüzey22arasında elektrostatik etkileşim adsorbe normal kabul edilir. İçinde biraz hal nereye tohum parçacıklar olumlu uygulanır, döküm ve kuru yöntemi de istihdam olabilir. APTES Si-O bond gofret ve cam çip yüzey su/etanol çözümde hidrolize sonra bağlı olduğu. Teorik olarak, ile APTES yoğunlaşmasına herhangi bir yüzey Au nanowires büyüme kolaylaştırmak mümkün olacaktır. Bu çalışmada, bunu birkaç oksit yüzeyler ile göstermek. Bir O2 plazma tedavi kısmen substrat yüzey okside ve APTES ile yoğunlaşmasına -OH grubu implant gereklidir. O2 plazma tedavi onun temiz ve basit işlemi yordamı nedeniyle seçilir; Aksi takdirde, piranha çözüm -OH grupları oluşturmak için de kullanılabilir. Yüzey hazırlık için bir diğer önemli nokta -NH2 yüzey konsantrasyonu da tohum adsorpsiyon üzerinde önemli bir etkisi olması. Her ne kadar biz doğrudan yüzey işlem sonucu karakterize değil, işlemi yordamı kesin olarak mümkün yapılmalıdır.

Belgili tanımlık substrate yıkandıktan sonra her adım bazen özellikle APTES tedaviden sonra çok önemlidir. Ücretsiz APTES molekül de Au nano tanecikleri yüzeyde absorbe. Kapsamlı bir yıkama tohum çözüm önemli ölçüde iliklerine işlemi sırasında toplamak. Toplanan tohumlar hala substrat absorbe ve Au nanowire büyümesini teşvik. Toplama tohumları konsantrasyonu büyük ölçüde azaltacağını beri Ancak, etkin sitelere yoğunluğu da katlanarak azalır. Sonuç olarak, son nanowires alanının üstüne Au nanopartikül aglomeralar olurdu ve nanowires orman yerine demetleri bağışladı haline.

Tipik Au nanowire büyüme su ve etanol karışık bir çözücü yer alır (v/v = 1:1). Ligand 4-MBA etanol çözünür olmadığından, ilk olması gerektiği etanol çözümde çözünmüş ve büyüme çözüm sonuç ile karışık. Çözünürlük sorunu dışında solvent oranı da nanowire büyüme karar önemli rol oynamaktadır. Etkin yüzeyinde kalan alanı ligand adsorpsiyon oranı ve Au ifade hızını tarafından karar verilir. L-askorbik asit azaltma yeteneği farklı çözücüler ve farklı pH ortamlar23değişir. Solvent oranı Au azaltma ve ifade oranı hemen değiştirmek. Çok fazla su oranı artan hızlı Au azaltma ve substrat bağlı Au nanowires büyümesini engeller mümkün homojen çekirdekleşme neden olabilir.

Sadece Au yüzey passivates ama aynı zamanda Au stabilize ve homojen çekirdekleşme engeller gibi benzer solvent oranı, ligandlar konsantrasyonu da doğrudan nanowire oluşumu, etkiler. Ligand aşırı miktarda büyük ölçüde Au azaltma yavaş. Örneğin, 5 kez için 2.5 mM ligand konsantrasyonu artan substrat21yok Au ifade neden olur. Ligand konsantrasyonu azalan artış nanowire çap ve bazen homojen çekirdekleşme, ikinci bir renksiz çözümden grimsi veya kırmızımsı değişikliği miktarlara neden olur. Homojen çekirdekleşme heterojen Au nanowire büyüme Au geridönüşümü için rekabet. Homojen çekirdekleşme derecesine bağlı olarak, Au nanowire büyüme tamamen veya kısmen stok besleme Au eksikliği kapatmak.

Sonuç olarak, biz substrat bağlı Au nanowires farklı yüzeyler üzerinde hazırlamak için bir roman yöntemi göstermektedir. Au nanowires düz substrat yüzeyinde bir dizi oluşturur. Genişlik, uzunluk ve yoğunluk kolayca tepki parametreleri değiştirerek ayarlanmış. Nanowires yüzey kimyası ligandlar tarafından ayarlanabilir ve ligandlar iki farklı türde karıştırarak kalınlaşmış nanowires oluşmuş. Ayrıca, Au nanowires elde edilen karmaşık Au nanoyapıların birkaç farklı büyüme koşullarını birleştirme tarafından oluşmuş.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Çin (21703104), Jiangsu bilim ve teknoloji (SBK2017041514) Plan Nanjing Tech Üniversitesi (39837131) ve sICAM bursu Jiangsu Ulusal sinerjik mali destek minnetle anıyoruz İleri düzey malzemeler yenilik Merkezi.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Trisodium citrate dihydrate Alfa Aesar LoT: 5008F14U
Sodium borohydride Fluka LoT: STBG0330V NaBH4
Hydrogen tetrachloroaurate(III) trihydrate Alfa Aesar LoT: T19C006 HAuCl4
3-aminopropyltriethoxysilane J&K Scientific LoT: LT20Q102 APTES
L-ascorbic acid  Sigma-Aldrich LoT: SLBL9227V
4-mercaptobenzoic acid Sigma-Aldrich LoT: MKBV5048V 4-MBA
2-Naphthalenethiol Sigma-Aldrich LoT: BCBP4238V 2-NpSH
4-Mercaptophenylacetic acid Alfa Aesar LoT: 10199160 4-MPAA
3-mercaptobenzoic acid Aladdin LoT: G1213027 3-MBA
3-Mercaptopropionic acid Aladdin LoT: E1618095 3-MPA
absolute ethanol Sinopharm chemical Reagent 20170802
Silicon wafer Zhe Jiang lijing P Si
Scanning Electron Microscope Quanta FEG 250 SEM
Centrifuge  Eppendorf 5424
Ultrasonic cleaner  Kun Shan hechuang
Ultra-pure water system NanJing qianyan UP6682-10-11 for deionized water
Plasma cleaner Harrick Plasma PDC-002 for oxygen plasma

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Yao, S. Z., et al. A Compartment-less Nonenzymatic Glucose-air Fuel Cell with Nitrogen-doped Mesoporous Carbons and Au Nanowires as Catalysts. Energy & Environmental Science. 6, 3600-3604 (2013).
  2. Gu, H. W., et al. Highly Efficient Synthesis of N-Substituted Isoindolinones and Phthalazinones Using Pt Nanowires as Catalysts. Organic Letters. 14, 1876-1879 (2012).
  3. Patolsky, F., et al. Nanowire-based Nanoelectronic Devices in the Life sciences. MRS Bulletin. 32, 142-149 (2007).
  4. Schwarzacher, W., et al. Templated Electrodeposition of Silver Nanowires in a Nanoporous Polycarbonate Membrane from a Nonaqueous Ionic Liquid Electrolyte. Applied Physics A-Mater. 86, 373-375 (2007).
  5. Song, L. X., et al. Template-Electrodeposition Preparation and Structural Properties of CdS Nanowire Arrays. Microelectronic Engineering. 83, 1971-1974 (2006).
  6. Song, J., et al. A New Twist on Nanowire Formation: Screw-Dislocation-Driven Growth of Nanowires and Nanotubes. Journal of Physical Chemistry Letters. 1, 1472-1480 (2010).
  7. Lim, S. K., et al. Controlled Modulation of Diameter and Composition along Individual III-V Nitride Nanowires. Nano Letters. 13, 331-336 (2012).
  8. Xu, J. M., et al. Electrochemical Fabrication of CdS Nanowire Arrays in Porous Anodic Aluminum Oxide Templates. Journal of Physical Chemistry. 33, 14037-14047 (1996).
  9. Lee, S. T., et al. High-density, Ordered Ultraviolet Light-emitting ZnO Nanowire Arrays. Advanced Materials. 15, 838-841 (2003).
  10. Tang, Y. Q., et al. Electrochemically Induced Sol-Gel Preparation of Single-Crystalline TiO2 Nanowires. Nano Letters. 2, 717-720 (2002).
  11. Yang, H. J., et al. Vapor-liquid-solid Growth of Silicon Nanowires Using Organosilane as Precursor. Chemical Communications. 46, 6105-6107 (2010).
  12. Xia, Y. N., et al. Ultrathin Gold Nanowires Can Be Obtained by Reducing Polymeric Strands of Oleylamine−AuCl Complexes Formed via Aurophilic Interaction. Journal of the American Chemical Society. 130, 8900-8901 (2008).
  13. Miguel, J. Y., et al. Helical Growth of Ultrathin Gold-Copper Nanowires. Nano Letters. 16, 1568-1573 (2016).
  14. Sun, S. H., et al. Ultrathin Au Nanowires and Their Transport Properties. Journal of the American Chemical Society. 130, 8902-8903 (2008).
  15. Sun, S. H., et al. Growth of Au Nanowires at the Interface of Air/Water. Journal of Physical Chemistry. C. 113, 15196-15200 (2009).
  16. Wu, H. M., et al. Nanostructured Gold Architectures Formed through High Pressure-Driven Sintering of Spherical Nanoparticle Arrays. Journal of the American Chemical Society. 132, 12826-12828 (2010).
  17. Wu, H. M., et al. Pressure-Driven Assembly of Spherical Nanoparticles and Formation of 1D-Nanostructure Arrays. Angewandte Chemie International Edition. 7, 8431-8434 (2010).
  18. Li, B. S., et al. Stress-induced Phase Transformation and Optical Coupling of Silver Nanoparticle Superlattices into Mechanically Stable Nanowires. Nature Communications. 5, 4179 (2014).
  19. Chen, H. Y., et al. Forest of Gold Nanowires: A New Type of Nanocrystal Growth. ACS Nano. 7, 2733-2740 (2013).
  20. Wang, Y. W., et al. Exploiting Rayleigh Instability in Creating Parallel Au Nanowires with Exotic Arrangements. Small. 12, 930-938 (2016).
  21. Wang, Y. W., et al. Effect of Thiolated Ligands in Au Nanowires Synthesis. Small. 13, 1702121 (2017).
  22. Gedanken, A., et al. The surface chemistry of Au colloids and their interactions with functional amino acids. Journal of Physical Chemistry B. 108, 4046-4052 (2004).
  23. Xia, Y. N., et al. Shape-Controlled Synthesis of Pd Nanocrystals in Aqueous Solutions. Advanced Functional Materials. 19, 189-200 (2009).

Tags

Kimya sayı: 137 Metal nanowire altın seribaşı büyüme thiolated ligand substrat morfoloji kontrolü
Substrat bağlı Au Nanowires bir aktif yüzey büyüme mekanizması yoluyla sentezi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Wang, X., Wu, X., He, J., Tao, X.,… More

Wang, X., Wu, X., He, J., Tao, X., Li, H., Zhao, G., Wang, Y., Chen, H. Synthesis of Substrate-Bound Au Nanowires Via an Active Surface Growth Mechanism. J. Vis. Exp. (137), e57808, doi:10.3791/57808 (2018).

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