Yüzey Plazmon Uyarma tarafından Kolloidal Au Nanorods üzerine Pd Photodeposition
15 Ağustos 2019
Pd'nin lokalize yüzey plazmon uyarma yoluyla sulu olarak askıda au nanorods üzerine anisotropik fotodepozisyonu için bir protokol sunulmuştur.
İndirgeyici plazmonik fotodepozisyon protokolü, ortam işleme koşullarında optimum interfacial özelliklere sahip hedeflenen yerlerde beş nanometre kovalent metal montajını yönlendirme yeteneğini güçlü hale getirmelidir. Bu tekniğin en büyük avantajı epitaksial metal büyüme kalınlığı ve yerini kontrol etmek için bir lazer gibi harici bir alan kullanmak için yeteneğidir. Biz zaten metalik platin ve gümüş plazmonik fotodepozisyon göstermiştir, ve bu yöntem katalitik uygulamalar çeşitli diğerlerine genişletilebilir güven var.
Prosedürü gösteren ben ve Jonathan Boltersdorf, Abd Ordusu Araştırma Laboratuvarı'nda bir kimyager olacak. Bu prosedüre başlamak için, 0,1 molar hidroklorik asit çözeltisi elde etmek için 100 mililitre su ile stok konsantre hidroklorik asit 830 mikrolitre seyreltin. 20 milimolar hidroklorik asit çözeltisi oluşturmak için 20 mililitre su ile bu çözeltinin seyreltin 4 mililitre.
Pipet 10 mililitre bu 20 milimolar hidroklorik asit çözeltisi uygun cam içine. Daha sonra, hidroklorik asit için paladyum-iki klorür 0.0177 gram ekleyin ve tüm paladyum (ii)klorür çözülmüş olana kadar sonication yoluyla karıştırın. Dihidrojen tetrokloropallidate sonucu çözeltisi 10 milimolar konsantrasyonu olmalıdır, ve koyu turuncu bir renk sergilemelidir.
Daha sonra, pipet 2.5 sulu askıda altın nanorod çözeltisi 1 ila 10 milimoltritil amonyum bromür sürfaktan içine 1 santimetre yol uzunluğu makro hacim li vette bir manyetik karıştırma çubuğu ile. Bir karıştırma plakası üzerine cuvette yerleştirin. Pipet 475 mikrolitre gazdan arındırılmış metanol yavaşça karıştırırken cuvette içine.
Gerektiğinde sert bir yüzeye hafifçe dokunarak herhangi bir kabarcıkları periyodik olarak çıkarırken yaklaşık 15-20 dakika karıştırmaya devam edin. Bundan sonra, pipet stok beş mikrolitre cuvette içine hidroklorik asit konsantre ve 15 dakika boyunca karıştırın sağlar. Daha sonra, 10 milimolar dihidrojen tetrokloropalliat 25 mikrolitre enjekte bir ila beş altın paladyum bir atomik oranı için reaksiyon karışımı içine.
Karıştırırken çözeltinin bir saat karanlıkta kısınışmasına izin verin. Daha sonra reaksiyon karışımını polarize edilmemiş 715 nanometre uzunluğunda süzülen tungsten-halojen lambaile 24 saat boyunca 35 milimetrelik santimetre lik bir yoğunlukta ışınlayın. Ertesi gün, paladyum-altın nanorods gelen artık kimyasallar ve reaktifler yıkayın 9000 kez G.C.'de santrifüj supernatant kaldırmak için bir pipet kullanın, ve supelet yeniden askıya.
Nanorods dağıtmak ve yıkama tamamlamak için bir banyo sonicator içine bir-iki dakika için şişe batırın. Tüm yıkama işlemini bir kez daha tekrarlayın. Bu çalışmada, UV vis emici spektrumlar zamansal altın nanorods ile başlayan reaksiyon karışımı oluşan her bileşeni ekleyerek değişiklikleri açıklamak için kaydedilir.
Metanol ve hidroklorik asit ilavesi seyreltme yoluyla emicilik büyüklüğünü azaltır. Dihidrodgen tetrokloropallidate eklenmesi UV gecikmesi ve metal şarj transfer özellikleriortaya çıkmasına neden olur. Bir saat karanlıkta dengelendikten sonra, paladyum(ii)molekülleri 247 ve 310 nanometrede yük transfer bantları sergilerler.
Altın nanorod longitudinal yüzey plazmon rezonans ışınlama üzerine, şarj transfer bantları hızla blueshift için 230 ve 277 nanometre sırasıyla. Baskın yük transfer inanCinin absorbans büyüklüğü, plazmonik sıcak elektronlar tarafından emilen paladyumun fotoindirilmesi nedeniyle 24 saatlik bir süre içinde 1,7'den yaklaşık 0,47'ye düşer. İki SPR modu daha sonra rezonans ışınlama dan önce ve sonra analiz edilir.
Uzunlamasına SPR 807'den 816 nanometreye doğru kırmızıya kayıyor. 7 nanometre çizgi genişliği genişletme ile, enine SPR değişmeden kalır. XPS 335 ve 340 elektron volt bağlayıcı enerjilerde paladyum-3D hatların ortaya çıkması ile metalik paladyum varlığını doğrular.
TEM karanlıkta ve rezonans ışınlama sonra dihidrojen tetrokloropallidate ile karışık altın nanorods morfolojileri ortaya koymaktadır. Rezonans aydınlatma, pürüzlü radyal arayüzlere sahip keskin uçlu nanorodlar verir. Bu tür özellikler karanlıkta gözlenmez.
Nanorod uzunluklarının dağılımı ortalama uzunluğun 127'den 129 nanometreye kadar arttığını gösterir. Bu çubuklar ucunda fotodeposited paladyum varlığı nedeniyle, bir EDS haritada teyit. CTAB konsantrasyonunun altın nanorod çözeltisinde 1-10 milimolar'ı aşmaması önemlidir.
Aksi takdirde, altın yüzeyine öncül taşıma inhibe edilecektir. Bu işlem, platin veya iridyum gibi diğer katalitik metallerin plazmonik olarak aktif tohum yapılarına uyarlanabilmek için çok çeşitli fotokatalizörler sentezleyebilir. Artık plazmonik enerjinin, plazmonik fotokatalizi daha etkili bir şekilde araştırmamızı sağlayan herhangi bir interfasiyal bariyer olmadan doğrudan katalitik bir yüzeye geçebildiği bir mimariye sahibiz.
Hidroklorik asit aşındırıcı, güçlü bir asittir ve gözlük ve eldiven gibi uygun kişisel koruyucu ekipmanlarla bir duman kaputunda kullanılmalıdır.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, lokalize yüzey plazmon uyarımı kullanarak sulu Au nanoçubukların üzerine paladyum (Pd) anizotropik fotodepozysyonu için bir protokol sunmaktadır. Teknik, hedeflenen konumlarda metal montaj üzerinde hassas kontrol sağlayarak arayüz özelliklerini artırır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nanoteknoloji
- Malzeme Bilimi
- Plazmonik
Arka Plan
- Plazmanik fotodepozysyon, kontrollü metal büyümesini sağlar.
- Hassasiyet için lazer gibi harici alanları kullanır.
- Kataliz uygulamaları için çeşitli metallerde uygulanabilir.
- Daha önce platin ve gümüş ile gösterilmiştir.
Çalışmanın Amacı
- Hedeflenen metal depozisyonu için bir protokol geliştirmek.
- Kovalent metal montajının anlayışını geliştirmek.
- Çeşitli katalitik uygulamaların potansiyelini keşfetmek.
Kullanılan Yöntemler
- Hidroklorik asit çözeltilerinin hazırlanması.
- Lokalize yüzey plazmon uyarımının kullanımı.
- Lazer uygulaması ile metal büyümesinin kontrolü.
- Araştırmacılar tarafından prosedürün gösterimi.
Ana Sonuçlar
- Au nanoçubukların üzerine Pd'nin başarılı bir şekilde depozisyonu.
- Depozisyonun kalınlığı ve konumu üzerinde kontrol sağlanması gösterilmiştir.
- Yöntemin diğer metallere uzanma potansiyeli.
- Katalizdeki umut verici uygulamaların doğrulanması.
Sonuçlar
- Protokol, metal depozisyonuna yeni bir yaklaşım sunar.
- İstenen arayüz özelliklerine ulaşma kabiliyetini artırır.
- Gelecekteki uygulamalar çeşitli metaller ve kullanımlar ile genişleyebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Plasmonic photodeposition enables precise, sub-5 nm covalent metal assembly at targeted locations on anisotropic nanostructures, offering a scalable route to engineer bimetallic catalysts with controlled interfacial properties. This approach supports early-stage target validation by providing tunable optoelectronic interfaces that can modulate catalytic activity in mechanistic studies. The method’s compatibility with ambient conditions and diverse seed structures enhances its utility in discovery workflows requiring reproducible nanomaterial synthesis.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of structure-activity relationships at metal-nanoparticle interfaces through controlled Pd deposition on AuNR.
- Operational Value: Provides a standardized protocol for generating well-defined bimetallic architectures under ambient conditions.
- Predictive Value: Supports hypothesis testing regarding plasmon-driven catalytic mechanisms in reductive environments.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantifiable optoelectronic readouts (UV-vis shifts, SPR changes) correlating with Pd deposition extent.
- Operational Value: Facilitates high-throughput screening of metal precursor concentrations via temporal UV-vis monitoring.
- Reproducibility: Enables batch-to-batch consistency through standardized irradiation protocols and surfactant concentration controls.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Produces stable, covalently bound Pd⁰ shells that retain plasmonic function, enabling longitudinal studies of nano-bio interactions.
- Translational Continuity: Supports progression from discovery-scale synthesis to preclinical evaluation of plasmonic photocatalysts.
- De-risking: Reduces uncertainty in nanomaterial batch variability through real-time UV-vis and ex situ XPS/TEM feedback.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery-to-preclinical continuum by enabling on-demand synthesis of mechanistic probes for plasmon-enhanced catalysis, with outputs informing lead identification and predictive modeling.
- Discovery Biology: Supports hypothesis-driven design of bimetallic systems to probe plasmonic hot-electron transfer in catalytic cycles.
- Screening: Enables rapid evaluation of metal loading effects via SPR peak shifts and charge-transfer band evolution.
- Analytics: Delivers multivariate datasets (UV-vis kinetics, XPS binding energies, TEM/EDS morphology) for comparative condition analysis.
- Translational Research: Generates structurally defined nanomaterials suitable for downstream biocompatibility and stability assessments.
- Enterprise Reuse: Establishes a platform adaptable to other catalytic metals (Pt, Ir) across multiple project teams.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Enhances predictive confidence in nanomaterial design by decoupling deposition location from bulk reduction kinetics.
- Operational Value: Reduces process variability through ambient, solution-phase deposition with external field control.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling multi-metal exploration from a single plasmonic seed architecture.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted advancement by linking synthesis parameters to functional optoelectronic outputs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in plasmonics, colloidal synthesis, and photochemical reaction monitoring.
- Needs UV-vis spectrophotometer, laser or broadband light source, centrifuge, sonicator, and access to XPS/TEM for validation.
- Demands standardization of CTAB concentration (1–10 mM) and acid/methanol ratios to ensure precursor accessibility.
- Involves adaptation considerations when extending to other metals or seed geometries beyond AuNR.
- Limited by surfactant stability and potential aggregation under prolonged irradiation or varying pH conditions.
