Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Foto aflejring af PD på kolloid AU Nanorods ved overflade Plasmon excitation

Published: August 15, 2019 doi: 10.3791/60041

Summary

En protokol for Anisotropisk foto aflejring af PD på voldsomt suspenderede AU nanoroder via lokaliseret overflade Plasmon excitation præsenteres.

Abstract

En protokol er beskrevet til fotokatalytisk guide PD deposition på AU nanoroder (aunr) ved hjælp af overflade Plasmon resonans (spr). Spændte plasmoniske varme elektroner ved SPR bestråling drive reduktiv deposition af PD på kolloid AuNR i nærværelse af [PdCl4]2-. Plasmon-drevet reduktion af sekundære metaller potenserer kovalent, sub-bølgelængde deposition på målrettede steder sammenfaldende med elektriske felt "hot-spots" af det plasmoniske substrat ved hjælp af en ekstern felt (f. eks, laser). Den proces, der er beskrevet heri, beskriver en opløsningsfaset aflejring af et katalytisk aktivt ædelmetal (PD) fra et overgangsmetalhalogenid salt (H2pdcl4) på de omhyggeligt suspenderede, anisotropiske Plasmoniske strukturer (aunr). Løsnings fase processen kan bruges til at lave andre bimetalliske arkitekturer. Transmission UV-Vis overvågning af den foto kemiske reaktion, kombineret med ex situ XPS og statistisk tem-analyse, giver øjeblikkelig eksperimentel feedback til at evaluere egenskaberne af bimetal strukturer, som de udvikler sig i løbet af Foto katalytisk reaktion. Resonans Plasmon bestråling af AuNR i nærværelse af [PdCl4]2- skaber en tynd, kovalent-bundet PD0 Shell uden nogen signifikant dæmpende virkning på dens plasmoniske adfærd i dette repræsentative eksperiment/batch. Samlet set tilbyder plasmonisk foto deposition en alternativ rute for høj volumen, økonomisk syntese af optoelektroniske materialer med sub-5 nm-funktioner (f. eks. heterometalliske foto katalysatorer eller optoelektroniske forbindelser).

Introduction

Vejledende metal aflejring på plasmoniske substrater via plasmoniske varmebærere genereret fra et resonans eksternt felt kunne understøtte 2-trins dannelse af heterometalliske, anisotrope nanostrukturer ved omgivende forhold med nye grader-af-frihed1 ,2,3. Konventionel redox-kemi, damp aflejring og/eller elektro aflejrings metoder er uegnede til behandling af store mængder. Dette skyldes primært overskydende/offer reagens affald, lav gennemløb 5 + Step litografi processer og energiintensive miljøer (0,01-10 torr og/eller 400-1000 °C temperaturer) med ringe eller ingen direkte kontrol over de resulterende materialeegenskaber . Nedsænkning af et plasmonisk substrat (f. eks. au nanopartikel/Seed) i et prækursormiljø (f. eks. vandig PD-saltopløsning) under belysning ved den lokaliserede overflade Plasmon resonans (SPR) initierer eksternt-tunable (dvs. felt polarisering og intensitet) fotokemisk aflejring af forløberen via plasmoniske varme elektroner og/eller foto termiske gradienter3,4. For eksempel er protokolparametre/krav til plasmonisk drevet foto termisk nedbrydning af AU, cu, Pb og ti organometallics og ge hydrider på nanostrukturerede AG-og AU-substrater blevet detaljeret5,6, 7,8,9. Men, udnyttelse af at plasmoniske varme elektroner til direkte fotoreduce metalsalte på en metal-løsning grænseflade er stadig stort set uudviklet, fraværende processer beskæftiger citrat eller poly (vinylpyrrolidone) ligander fungerer som mellemled afgift relæer til direkte nukleation/vækst af det sekundære metal2,10,11,12. Anisotropic PT-dekoration af AU nanoroder (aunr) under langsgående spr (lspr) excitation blev for nylig rapporteret1,13 hvor PT fordeling faldt sammen med dipol polaritet (dvs. den formodede rumlige fordeling af varmebærere).

Protokollen heri udvider den seneste PT-aunr arbejde til at omfatte PD og fremhæver centrale syntese målinger, der kan observeres i realtid, viser den reduktive modale photodeposition teknik er gældende mod andre metalhalogenid salte (AG, ni, IR, etc.).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. tildeling af AU nanoroder

Bemærk: Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB)-dækket AuNR kan syntetiseres af Wet-Chemistry (trin 1,1) eller købes kommercielt (trin 1,2) i henhold til læserens præference, med hver giver lignende resultater. Resultaterne i dette arbejde var baseret på kommercielt indkøbt, AuNR med Penta-twinned krystalstruktur. Virkningen af AuNR Seed Crystal struktur (dvs. monokrystallinske vs. Penta-twinned) på ultimative morfologi af sekundær metal skal fortsat uklart inden for rammerne af plasmonisk foto deposition, men har været af stor interesse i både Wet-14, 15 og lignende foto-kemiske12 synteser. Alternative overfladeaktive stoffer til CTAB kan være ansat, så længe Zeta-potentialet er positivt, selv om den endelige PD morfologi kunne ændre sig.

  1. Syntese teknikker: syntetisere voldsomt-dispergeret AuNR ved 0,5 mM AU ved hjælp af sølv-assisteret metode af Nikoobakht et al. 16 , 17 (fremstilling af mono krystallinsk struktur) eller den overfladeaktive-assisterede metode af Murphy et al. 18 , 19 (hvilket giver en Penta-twinned krystalstruktur). Vask aunr via centrifugering20,21 for at fjerne overskydende, gratis ctab til en endelig koncentration på 1-10 mm.
  2. Kommercielle kilder: Køb vandige AuNR dispersioner på 0,5 mM AU med følgende specifikationer: 40 nm diameter, 808 nm LSPR og CTAB ligand (5 mM koncentration) i DI vand. Vask aunr via centrifugering20,21 for at fjerne overskydende, gratis ctab hvis ctab koncentrationen overstiger 1-10 mm ved modtagelsen.
    Bemærk: vandige AuNR dispersioner med CTAB overfladeaktivt stof i en række størrelser, aspect ratio, og partikelantal tætheder kan købes fra mange kommercielle leverandører og anvendes med succes i denne protokol.

2. plasmonisk foto deposition af PD på AU nanoroder

  1. Klargøring af PD-forløber
    1. Forbered en 20 mM HCl-opløsning. Først skal du gøre 0,1 M HCl ved fortynding 830 μL af bestanden koncentreret HCl (37%, 12 M) med vand til 100 mL. For det andet, lav 0,02 M HCl ved at fortynde 4 mL 0,1 M HCl med vand til 20 mL.
    2. Der afpipetteres 10 mL 20 mM HCl i passende glas og placeres i et bad sonicator (ingen sonikering) med vandtemperatur indstillet til 60 °C.
    3. Tilsæt 0,0177 g PdCl2 til 10 ml af 20 mm HCl, og bland via sonikering, indtil alle pdcl2 er opløst. Den resulterende 10 mM H2pdcl4 opløsning skal udvise en mørk orange farve.
  2. Fremstilling af foto aflejrings reaktionsblanding
    Bemærk: den beskrevne procedure antager en 3 ml total volumen til brug i en kuvette at tillade real-time feedback til modale photodeposition proces. De citerede masser/volumener blev valgt for kompatibilitet med typiske kemikalier/materialer/reagenser samtidig tillade facile vask/nyttiggørelse af PD-dekoreret AuNR. Det forventes, at lignende resultater kan opnås, hvis de skaleres til andre volumener og/eller alternative reaktionsbeholdere anvendes (f. eks. glasbæger).
    1. Degas bestand AuNR opløsning og methanol (MeOH) i et bad sonicator for 30 min.
    2. Der afpipetteres 2,5 mL af den voldsomt suspenderede AuNR (fra trin 2.2.1) til en længde på 1 cm, makrovolumenet cuvette med en magnetisk Stir-stang. Placer kuvetten på en omrøring.
      Bemærk: typisk volumen af en makro volumen cuvette er 3,5 mL. Kvarts kan erstattes med UV-transparent plast.
    3. Pipetten 475 μL afgasset MeOH (fra trin 2.2.1) ind i kuvetten, mens den forsigtigt omrystes i ca. 15-30 min. Fjern jævnligt eventuelle bobler ved forsigtigt at tappe på bunden af kuvetten mod en stiv overflade efter behov; fjernelse af solkontaminerede gasser kan forlænge stabiliteten af metalhalogenid salt.
    4. Pipetten 5 μL af bestanden koncentreret HCl (37%, 12 M) ind i kuvetten og lad blandingen i 15 min.
      Bemærk: tuning koncentration af HCl støtte kan påvirke endelige morfologi/rate af PD deposition, men koncentrationer mindre end 20 mM i reaktionsblandingen vil tillade H2pdcl4 at progressivt hydrolysere og oxolate, fører til eventuel Bob x dannelse efter ~ 3 h.
  3. Plasmonisk fotoreduktion af [pdcl4]2- onto aunr1,13
    1. Der indsprøjtes 25 μL 10 mM H2pdcl4 i reaktionsblandingen for et 1:5 PD: AU-Atom forhold. Lad opløsningen kompleks i mørke i 1 time under omrøring.
      Bemærk: denne mængde kan justeres i henhold til den ønskede PD: AU ratio som bekostning af at ændre de endelige molariteter af AU, [PdCl4]2-, HCl, og MeOH af reaktionsblandingen. Reference22 illustrerer eksempel PT-aunr morfologier på forskellige PT: AU nøgletal-lignende resultater kan forventes med PD.
    2. Irradiate reaktionsblandingen med en un-polariseret, 715 nm lang-pass filtreret wolfram-halogenlampe ved 35 mW/cm2 intensitet for 24 h.
      Bemærk: forskellige Lysfiltre (eller kilder, f. eks. laser) kan vælges i henhold til den unikke lspr bølgelængde for forskellige Au nanostruktur frø. For eksempel kan et 420 nm-langtids filter anvendes til plasmoniske frøkonstruktioner, der udviser LSPR ved 450 Nm. Lysintensitet kan være nedsat med neutral tæthed filtrering på bekostning af en langsommere [PdCl4]2- reduktions hastighed, hvilket fører til en længere samlet reaktionstid. Lysintensiteten kan øges for at reducere reaktionstiden på bekostning af potentialet for termisk reduktion af [PdCl4]2- (debut er ~ 360 °c via reference23). En passende intensitet kan beregnes a priori for at afbøde termisk reduktion ved beregning af nanoparti overfladetemperatur i isolation og/eller kollektive ensembler24. Virkningerne på den ultimative PD-AuNR morfologi fra varierende bestrålings intensitet er ikke blevet undersøgt.
    3. Vask de resterende kemikalier/reagenser fra PD-AuNR to gange, hver ved: centrifugering ved 9.000 x g, fjernelse af supernatanten med en pipette, suspension af PD-aunr pellet i vand, og nedsænkes hætteglasset i en bad sonicator for 1-2 min til sprede20,21.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Transmission UV-Vis Spectra, X-ray photoelectron spektroskopi (XPS) data, og transmission Electron mikroskopi (tem) billeder blev erhvervet for den ctab-dækkede aunr i nærværelse/fravær af H2pdcl4 i mørke og under resonans bestråling på deres langsgående SPR (LSPR) at katalysere nukleation/vækst af PD. transmission UV-Vis Spectra i figur 1 og figur 2 giver indsigt i reaktions dynamik i henhold til ændringer i: (a) forløber ligand-metal Charge overførsel (lmct) feature intensitet og bølgelængde og (b) nanorod SPR intensitet, fuld bredde på halv maksimum (FWHM), og bølgelængde (λ). XPS bruges til at bekræfte tilstedeværelsen af metallisk PD og kovalent PD-AU bonding. XPS bruges også til at karakterisere den sammensatte Valens bånd tæthed-of-States (DOS) af bimetalliske nanostrukturer, vist i figur 3. TEM billeder og energi udbredt anvendelse spektroskopi (EDS) kort i figur 4 bestemme den strukturelle morfologi og størrelsesfordeling af PD-dekoreret aunr.

Figur 1 viser de repræsentative UV-Vis-NIR-absorbans-tendenser efter sekventiel, trinvis tilsætning af hver kemisk komponent, som består af reaktionsblandingen, begyndende med 2,5 mL lager 0,5 mm aunr (stiplet sort). Tilsætning af 475 μL MeOH som et offer hul Scavenger og 5 μL 12 M HCl (solid sort) nedsætter absorbans størrelsesorden på tværs af UV og synligt spektrum på grund af simpel fortynding. A ~ 5-8 nm blå-Shift i langsgående spr (lspr) bølgelængde på HCL tilsætning er typisk, som sandsynligvis opstår fra screening af de solsikke CL- anioner25. Tilsætning af 25 μL 10 mM H2pdcl4 (stiplet og fast blå) forårsager høj intensitet UV absorbans egenskaber at dukke op, som svarer til lmct bånd af [pdcl4]2-. Lmct-bånd er karakteristiske for metalhalogenid salte26,27. Efter ligevægt i mørke for 1 time med CTAB-dækket AuNR i 20 mM HCl, [PdCl4]2- molekyler udviser lmct funktioner på ca. 247 nm og 310 nm. Ved lysbestråling resonans med aunr lspr (mørkerød), [pdcl4]2- lmct bånd henholdsvis blå-Shift til 230 nm og 277 nm inden for et par minutter, og deres molær absorptivitet synes at falde. Absorbansstørrelsen af LπMCT-båndet falder fra 1,7 til ca. 0,47 i løbet af 24 timer på grund af progressiv fotoreduktion af [pdcl4]2- (mørkerød gennem gul) af den spændte aunr via modale hot elektroner 1 , 13. prækursorer lmct funktioner i UV-regionen forsvinder efter 24 h (gul), hvilket indikerer fuld forbrug af [pdcl4]2-. Transverse SPR (TSPR)-og LSPR-funktioner begynder at bevæge sig rødt, når [PdCl4]2- lmct-båndene er lavere samtidigt. Reaktions fartøjets temperatur kan overvåges samtidigt (f. eks. via termoelement) for at sikre, at plasmonisk foto termisk dæmpning ikke forøger bulktemperaturen over den ~ 360 ° C indsættende temperatur for [PdCl4]2- reduktion 23. typiske Steady-State temperaturer spænder fra 26-32 °c under disse eksperimentelle betingelser uden omgivende konvektion.

Figur 2 viser TSPR og lspr for de dobbelt vaskede partikler før (sort) og efter (rød) resonans bestråling ved tilstedeværelse af adsorbet [pdcl4]2-. LSPR bølgelængde røde Skift fra 807 nm til 816 nm sammen med en 5% FWHM ekspansion. TSPR forbliver uændret. Absorbans størrelsesorden ved bølgelængder under ~ 400 nm øges med ~ 40-55%, på grund af både ændringer i og periodiseret interband metal absorption efter tilsyneladende foto deposition af PD.

XPS-analyse i figur 3a bekræfter tilstedeværelsen af metallisk PD ved fremkomsten af PD 3D-linjer ved 335 ev og 340 EV binding energier. Bemærk, at AU udstiller convoluting 4d photoelectron linje i denne bindende energi region samt, men er undertrykt efter photoreduction af [PdCl4]2- der dækker aunr med PD. A ~ 0,5 EV-skift i AU 4F-photoelektron linjer til lavere bindings energier i figur 3b er tegn på kovalent AU-PD-interaktion28,29. Valens bandet DOS efter PD photodeposition i figur 3c udviser en højere DOS nær ferminiveauet, EF (dvs. bindingsenergi på 0 EV) og flytter d-band debut mod EF13. Disse er typiske egenskaber ved metallisk PD og kan beregnes a priori ved hjælp af tæthed funktionel teori (DfT)13.

TEM-analyse i figur 4A, B afslører de respektive strukturelle morfologier af Aunr blandet med H2Pdcl4 i mørke (figur 4a, blå) og under lspr bestråling (figur 4b, rød). Skarp-tippet PD-AuNR observeres som et resultat af PD photoreduction af plasmoniske varme elektroner genereret under LSPR bestråling. Disse skarpe nanorod spidser falder sammen med enden AU (111) facetter, der er karakteristiske for Penta-twinned AuNR frø30. Sådanne forværrede ende facetter observeres ikke for AuNR blandet med H2pdcl4 i mørket. Størrelsesfordeling analyse af stang længder i figur 4c indikerer, at lspr-bestråling udvider den gennemsnitlige stang længde fra 127 nm til 129 nm på grund af tilstedeværelsen af fotoreduced PD. En tilsyneladende sub-2 nm PD tykkelse bekræftes i en energi udbredt anvendelse spektroskopi (EDS) kort over en repræsentativ PD-aunr, vist i figur 4d. Der observeres ingen ændring i stangdiameteren (39,1 nm under mørk tilstand versus 39,2 nm under LSPR-bestråling). Samlet stang AR stiger fra 3,27 til 3,30 (± 0,34) på grund af stigningen i nanorod længde. Disse størrelse populations målinger er i overensstemmelse med den lille 7 nm LSPR rød-Shift målt i figur 2.

Figure 1
Figur 1: transmission UV-Vis spektroskopi analyse af AuNR-H2pdcl4 reaktionsblandingen.
Spektrene viser typiske LMCT og SPR absorbans funktioner efter sekventiel tilsætning af MeOH (solid sort) og H2pdcl4 (stiplet blå) til en bestand 0,5 mm aunr opløsning (stiplet sort). Efter 1 h ligevægt i mørke (solid blå), bredbånd LSPR bestråling med en 715 nm lang-pass filter (35 mW/cm2; rødt skraverede område) katalyserer foto eduktion over en 24 h TimeSpan (solid rød → gul, 2 timer tid-trin). MeOH forbrug som reaktionen skrider frem kan observeres omkring 950 nm. Pile guide øjet til at vise tendenser i LMCT bølgelængde forskydninger med tiden. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: transmission Vis-NIR spektroskopi analyse af spr tilstande af dobbelt vasket AuNR før (sort) og efter tilsætning + photoreduction af H 2 Pdcl 4 (rød).
De respektive skift i resonans bølgelængde (Δ λ) og båndbredde ekspansion (Δ FWHM) af TSPR og LSPR-modes efter photoreduction af H2pdcl4 er inset. Optjente interband PD absorption er tydelig under ~ 480 nm.

Figure 3
Figur 3: XPS-analyse af AuNR før (sort) og efter LSPR-bestråling i nærværelse af H2 pdcl4 (rød).
(A) AU 4D og PD 3D-region, der viser de respektive spin-orbit split 5/2-og 3/2-linjer. (B) AU 4F-region, der viser spin-orbit split 7/2 og 5/2 linjer. C) Valence band DOS-regionen, hvor 0 EV-bindingsenergi er Fermi-niveauet (EF).

Figure 4
Figur 4: TEM-analyse af AuNR i nærværelse af H2 pdcl4 i mørke versus lspr-belysning.
A) tem-mikrografer af aunr blandet med H2pdcl4 i mørke i 24 timer og vasket 2x. B) tem-mikrografer af aunr blandet med H2PDCL4 under lspr excitation for 24 H og vasket 2x. C) kumulativ fordelingsfunktion (CDF) af nanorod længder, hvor blå og rød svarer til henholdsvis mørke og lyse forhold. (D) EDS kortlægning af AU (lilla) og PD (grøn) signaler på spidsen af på repræsentative nanorod, der var resonant bestrålet i nærværelse af H2pdcl4.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Overvågning af ændringer i optisk absorbans ved hjælp af transmission UV-Vis spektroskopi er nyttig til at vurdere status for den fotokatalytiske reaktion, med særlig vægt på LMCT funktioner i H2pdcl4. Bølgelængde maksime af LMCT funktioner efter injektion afH 2pdcl4 på trin 2.3.1 (går fra solid sort til fast blå i figur 1) give indsigt i det lokale "miljø" af [pdcl4]2- molekyler1 ( f. eks. elektrostatisk koordination med N+ hovedgrupper af ctab efterfulgt af transport til aunr overflade1 og/eller Molekylær artsbestemmelse som følge af hydrolyse og/eller oxolation31,32,33 ). Omfanget af LMCT-funktioner under bestråling (mørkerød gennem gul i figur 1) kvantificerer koncentrationen af H2pdcl4 , der er tilbage i opløsningen, da prækursor progressivt er fotoreduced til PD0 under lspr Bestråling. Hvis LMCT-funktionerne ikke falder i størrelsesorden under bestråling, finder den fotokatalytiske reaktion ikke sted (CTAB-koncentrationen kan være for høj, og yderligere vask anbefales). En udfladning af den langbølge længde hale på Lorentzian LSPR-funktionen bør ske omkring 950 nm (Se "MeOH forbrug" etiketten i figur 1) under lspr bestråling som følge af offer MeOH scavenging hot Holes på aunr overflader12 for at opretholde afgiftsneutralitet1. SPR modes kan overvåges under reaktionen, men deres bølgelængder og intensiteter synes at have lidt kvantitative oplysninger med hensyn til den progressive status af reaktionen1. Dette skyldes de mange indviklede virkninger af parallelle ændringer i (i) forstadiet elektrolyt miljøet over tid (f. eks. effektivt opløsningsmiddel brydningsindeks og/eller hale af forløber d → d-bånd) vs. (II) morfologiske ændringer (f. eks. stang forlængelse). Hvis opløsningen udviser en mørk brun/orange farve efter ~ 3 h med bred, feature-mindre UV-absorbans, så er det sandsynligt, Bobx har dannet. Enhver resterende, uforbrugt H2pdcl4 vil være tydelig i XPS-analyse, hvor de Divalente PD 3D-linjer (dvs. PD2 +) vil forekomme ca. 2,5 EV højere i bindingsenergi end de metalliske linjer, der er vist i figur 3.

Minut ændringer i den endelige lspr bølgelængde efter PD photodeposition, som vist i figur 2, er typiske for modale photodeposition proces, når du bruger nr frø1. Andre frøkonstruktioner eller PD: Au's atomare forhold kan imidlertid resultere i mere drastiske ændringer og skal fortsat undersøges. En kerne-Shell vækst mekanisme, hvor lspr er reguleret af den samlede stang aspekt ratio,1,34 ser ud til at være ansvarlig for den minutiøst ændrede lspr. For eksempel blev en gennemsnitlig længde vækst på 4,7 nm for nylig rapporteret for PT photodeponeret på AuNR under lignende forhold, som fører til en AR stigning fra 4,4 til 4,7 (± 1,0) og fulgte en Anisotropisk kerne-Shell vækst mekanisme1. Dette står i skarp kontrast til våde kemiske metoder, der rapporterer om Dumbbell-lignende morfologier, som giver 50-250 nm lspr Red-Skift for nanoroder22,35,36,37. Den ultimative PD-tykkelse kan øges ved at tilføje yderligere H2pdcl4 i protokol trin 2.3.1 (f. eks. i alt 62,5 μl 10 mm H2Pdcl4 for et 1:2 PD: AU-Atom forhold). FWHM-ekspansioner i LSPR synes hovedsagelig at følge af PD deposition polydispersitet38, i modsætning til en dæmpnings signatur1.

Den næstsidste strukturelle morfologi som følge af den Plasmon-drevne photoreduction af metalsalte, såsom H2pdcl4, er en hypotese, der skal styres af den rumlige fordeling af plasmoniske varme elektroner under lspr excitation, hvis absorberet energi overstiger reduktionspotentialet for prækursor1,22,39. Selvom det endnu kun er påvist for PD og PT1,13, forventes teknikken at være modtagelig for andre metaller, såsom AG, ni, IR, cu, Co, ru osv. Dette gør det en potentielt kraftfuld og fleksibel teknik til syntese af heterometalliske plasmoniske strukturer med sub-5 nm funktioner-især for plasmonically-sensibiliserede foto katalysatorer. På nuværende tidspunkt er teknikken begrænset til opløsning-fase aflejring på koldalt suspenderede plasmoniske metaller. Potentialet eksisterer for at udføre reduktiv plasmonisk foto aflejring i luftformige fase miljøer (f. eks. i en kemisk damp aflejrings ovn) til behandling af store mængder, men er endnu ikke udforsket.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Dette arbejde blev sponsoreret af hærens forskningslaboratorium og blev gennemført under USARL samarbejdsaftale nummer W911NF ‐ 17 ‐ 2 ‐ 0057 tildelt G.T.F. De synspunkter og konklusioner, der er indeholdt i dette dokument, er forfatternes og bør ikke fortolkes således, at de repræsenterer officielle politikker, hverken udtrykte eller underforståede, af hærens forskningslaboratorium eller den amerikanske regering. Den amerikanske regering er bemyndiget til at reproducere og distribuere genoptryk til regeringens formål uanset enhver Copyright notation heri.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Aspheric Condenser Lens w/ Diffuser Thorlabs ACL5040U-DG15 f=40 mm, NA=0.60, 1500 grit, uncoated
Deuterium + Tungsten-Halogen Lightsource StellarNet SL5
Gold Nanorods, AuNR NanoPartz A12-40-808-CTAB CTAB surfactant, 808 nm LSPR, 40 nm diameter
Ground Glass Diffuser Thorlabs DG20-1500 1500 grit, N-BK7
Hydrochloric acid, HCl J.T. Baker 9539-03 concentrated, 37%
Low Profile Magnetic Stirrer VWR 10153-690
Macro Disposable Cuvettes, UV Plastic FireFlySci 1PUV 10 mm path length
Methanol, MeOH J.T. Baker 9073-05 ≥99.9%
Palladium (II) chloride, PdCl2 Sigma Aldrich 520659 ≥99.9%
Plano-Convex Lens Thorlabs LA1145 f=75 mm, N-BK7, uncoated
Quartz Tungsten-Halogen Lamp Thorlabs QTH10
UV-vis Spectrometer Avantes ULS2048L-USB2-UA-RS AvaSpec-ULS2048L

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Forcherio, G. T. Targeted deposition of platinum onto gold nanorods by plasmonic hot electrons. Journal of Physical Chemistry C. 122 (50), 28901-28909 (2018).
  2. Langille, M. R., Personick, M. L., Mirkin, C. A. Plasmon-Mediated Syntheses of Metallic Nanostructures. Angewandte Chemie International Edition. 52 (52), 13910-13940 (2013).
  3. Qiu, J., Wei, W. D. Surface Plasmon-Mediated Photothermal Chemistry. The Journal of Physical Chemistry C. 118 (36), 20735-20749 (2014).
  4. Zhang, Y. Surface-Plasmon-Driven Hot Electron Photochemistry. Chemical Reviews. 118 (6), 2927-2954 (2018).
  5. Qiu, J., Wu, Y. C., Wang, Y. C., Engelhard, M. H., McElwee-White, L., Wei, W. D. Surface Plasmon Mediated Chemical Solution Deposition of Gold Nanoparticles on a Nanostructured Silver Surface at Room Temperature. Journal of the American Chemical Society. 135 (1), 38-41 (2013).
  6. Qiu, J. Surface Plasmon-Mediated Chemical Solution Deposition of Cu Nanoparticle Films. The Journal of Physical Chemistry C. 120 (37), 20775-20780 (2016).
  7. Boyd, D. A., Greengard, L., Brongersma, M., El-Naggar, M. Y., Goodwin, D. G. Plasmon-Assisted Chemical Vapor Deposition. Nano Letters. 6 (11), 2592-2597 (2006).
  8. Di Martino, G., Michaelis, F. B., Salmon, A. R., Hofmann, S., Baumberg, J. J. Controlling Nanowire Growth by Light. Nano Letters. 15 (11), 7452-7457 (2015).
  9. Di Martino, G., Turek, V. A., Braeuninger-Weimer, P., Hofmann, S., Baumberg, J. J. Laser-induced reduction and in-situ optical spectroscopy of individual plasmonic copper nanoparticles for catalytic reactions. Applied Physics Letters. 110 (7), 071111 (2017).
  10. Xue, C., Millstone, J. E., Li, S., Mirkin, C. A. Plasmon-Driven Synthesis of Triangular Core–Shell Nanoprisms from Gold Seeds. Angewandte Chemie International Edition. 46 (44), 8436-8439 (2007).
  11. Langille, M. R., Zhang, J., Mirkin, C. A. Plasmon-Mediated Synthesis of Heterometallic Nanorods and Icosahedra. Angewandte Chemie International Edition. 50 (15), 3543-3547 (2011).
  12. Zhai, Y. Polyvinylpyrrolidone-induced anisotropic growth of gold nanoprisms in plasmon-driven synthesis. Nature Materials. 15 (8), 889-895 (2016).
  13. Forcherio, G. T., Baker, D. R., Boltersdorf, J., McClure, J. P., Leff, A. C., Lundgren, C. A. Directed assembly of bimetallic nanoarchitectures by interfacial photocatalysis with plasmonic hot electrons. Nanophotonic Materials XV. 10720, 107200K (2018).
  14. Tebbe, M. Silver-Overgrowth-Induced Changes in Intrinsic Optical Properties of Gold Nanorods: From Noninvasive Monitoring of Growth Kinetics to Tailoring Internal Mirror Charges. The Journal of Physical Chemistry C. 119 (17), 9513-9523 (2015).
  15. Mayer, M. Controlled Living Nanowire Growth: Precise Control over the Morphology and Optical Properties of AgAuAg Bimetallic Nanowires. Nano Letters. 15 (8), 5427-5437 (2015).
  16. Nikoobakht, B., El-Sayed, M. A. Preparation and Growth Mechanism of Gold Nanorods (NRs) Using Seed-Mediated Growth Method. Chemistry of Materials. 15 (10), 1957-1962 (2003).
  17. Burrows, N. D., Harvey, S., Idesis, F. A., Murphy, C. J. Understanding the Seed-Mediated Growth of Gold Nanorods through a Fractional Factorial Design of Experiments. Langmuir. 33 (8), 1891-1907 (2017).
  18. Jana, N. R., Gearheart, L., Murphy, C. J. Seed-Mediated Growth Approach for Shape-Controlled Synthesis of Spheroidal and Rod-like Gold Nanoparticles Using a Surfactant Template. Advanced Materials. 13, 1389-1393 (2001).
  19. Kumar, D., Lee, A. R., Kaur, S., Lim, D. K. Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle. Journal of Visualized Experiments. 103, e53108 (2015).
  20. Paviolo, C., McArthur, S. L., Stoddart, P. R. Gold Nanorod-assisted Optical Stimulation of Neuronal Cells. Journal of Visualized Experiments. (98), e52566 (2015).
  21. Hoang, T. B., Huang, J., Mikkelsen, M. H. Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics. Journal of Visualized Experiments. (111), e53876 (2016).
  22. Ortiz, N. Harnessing Hot Electrons from Near IR Light for Hydrogen Production Using Pt-End-Capped-AuNRs. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (31), 25962-25969 (2017).
  23. Schiavo, L., Aversa, L., Tatti, R., Verucchi, R., Carotenuto, G. Structural Characterizations of Palladium Clusters Prepared by Polyol Reduction of [PdCl4]2− Ions. Journal of Analytical Methods in Chemistry. 2016, 9073594 (2016).
  24. Baffou, G., Quidant, R., García de Abajo, F. J. Nanoscale Control of Optical Heating in Complex Plasmonic Systems. ACS Nano. 4 (2), 709-716 (2010).
  25. Mulvaney, P. Surface Plasmon Spectroscopy of Nanosized Metal Particles. Langmuir. 12 (3), 788-800 (1996).
  26. Elding, L. I., Olsson, L. F. Electronic absorption spectra of square-planar chloro-aqua and bromo-aqua complexes of palladium(II) and platinum(II). The Journal of Physical Chemistry. 82 (1), 69-74 (1978).
  27. Swihart, D. L., Mason, W. R. Electronic spectra of octahedral platinum (IV) complexes. Inorganic Chemistry. 9 (7), 1749-1757 (1970).
  28. Forcherio, G. T., Dunklin, J. R., Backes, C., Vaynzof, Y., Benamara, M., Roper, D. K. Gold nanoparticles physicochemically bonded onto tungsten disulfide nanosheet edges exhibit augmented plasmon damping. AIP Advances. 7 (7), 075103 (2017).
  29. Boltersdorf, J., Forcherio, G. T., McClure, J. P., Baker, D. R., Leff, A. C., Lundgren, C. Visible Light-Promoted Plasmon Resonance to Induce “Hot” Hole Transfer and Photothermal Conversion for Catalytic Oxidation. The Journal of Physical Chemistry C. 122 (50), 28934-28948 (2018).
  30. da Silva, J. A., Meneghetti, R. M. New Aspects of the Gold Nanorod Formation Mechanism via Seed-Mediated Methods Revealed by Molecular Dynamics Simulations. Langmuir. 34 (1), 366-375 (2018).
  31. Teranishi, T., Miyake, M. Size Control of Palladium Nanoparticles and Their Crystal Structures. Chemistry of Materials. 10 (2), 594-600 (1998).
  32. Straney, P. J., Marbella, L. E., Andolina, C. M., Nuhfer, N. T., Millstone, J. E. Decoupling Mechanisms of Platinum Deposition on Colloidal Gold Nanoparticle Substrates. Journal of the American Chemical Society. 136 (22), 7873-7876 (2014).
  33. Cheng, N., Lv, H., Wang, W., Mu, S., Pan, M., Marken, F. An ambient aqueous synthesis for highly dispersed and active Pd/C catalyst for formic acid electro-oxidation. Journal of Power Sources. 195 (21), 7246-7249 (2010).
  34. Grzelczak, M., Perez-Juste, J., Garcia de Abajo, F. J., Liz-Marzan, L. M. Optical Properties of Platinum-Coated Gold Nanorods. The Journal of Physical Chemistry C. 111 (17), 6183-6188 (2007).
  35. Zheng, Z., Tachikawa, T., Majima, T. Single-Particle Study of Pt-Modified Au Nanorods for Plasmon-Enhanced Hydrogen Generation in Visible to Near-Infrared Region. Journal of the American Chemical Society. 136 (19), 6870-6873 (2014).
  36. Zheng, Z., Tachikawa, T., Majima, T. Plasmon-Enhanced Formic Acid Dehydrogenation Using Anisotropic Pd–Au Nanorods Studied at the Single-Particle Level. Journal of the American Chemical Society. 137 (2), 948-957 (2015).
  37. Grzelczak, M., Pérez-Juste, J., Rodríguez-González, B., Liz-Marzán, L. M. Influence of silver ions on the growth mode of platinum on gold nanorods. Journal of Materials Chemistry. 16 (40), 3946-3951 (2006).
  38. Joplin, A. Correlated Absorption and Scattering Spectroscopy of Individual Platinum-Decorated Gold Nanorods Reveals Strong Excitation Enhancement in the Nonplasmonic Metal. ACS Nano. 11 (12), 12346-12357 (2017).
  39. Sutter, P., Li, Y., Argyropoulos, C., Sutter, E. In Situ Electron Microscopy of Plasmon-Mediated Nanocrystal Synthesis. Journal of the American Chemical Society. 139 (19), 6771-6776 (2017).

Tags

Retraktion overflade plasmons varme elektroner varmebærere heterometalliske nanopartikler fotokemi foto katalysatorer foto deposition AU @ PD
Foto aflejring af PD på kolloid AU Nanorods ved overflade Plasmon excitation
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Forcherio, G. T., Baker, D. R.,More

Forcherio, G. T., Baker, D. R., Leff, A. C., Boltersdorf, J., McClure, J. P., Grew, K. N., Lundgren, C. A. Photodeposition of Pd onto Colloidal Au Nanorods by Surface Plasmon Excitation. J. Vis. Exp. (150), e60041, doi:10.3791/60041 (2019).

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