Photodeposition von Pd auf kolloidale Au Nanostäbe durch Surface Plasmon Erregung

Ein reduktives plasmonisches Photodepositionsprotokoll potenziert die Fähigkeit, die kovalente Metallmontage von sub-fünf Nanometern an zielgerichteten Stellen mit optimalen Grenzflächeneigenschaften bei Umgebungsverarbeitungsbedingungen zu steuern. Der Hauptvorteil dieser Technik ist die Fähigkeit, ein externes Feld wie einen Laser zu verwenden, um die Dicke und Position des epitaxialen Metallwachstums zu steuern. Wir haben bereits die plasmonische Photodeposition von metallischem Platin und Silber nachgewiesen und sind zuversichtlich, dass diese Methode auf viele andere für eine Vielzahl von katalytischen Anwendungen ausgedehnt werden kann.

Demonstriert wird das Verfahren von mir und Jonathan Boltersdorf, einem Chemiker am U.S.Army Research Laboratory. Um dieses Verfahren zu beginnen, verdünnen Sie 830 Mikroliter stammkonzentrierte Salzsäure mit Wasser auf 100 Milliliter, um eine 0,1 Molsalzsäurelösung zu erhalten. Verdünnen Sie 4 Milliliter dieser Lösung mit Wasser auf 20 Milliliter, um eine 20 Millimolar Salzsäurelösung zu schaffen.

10 Milliliter dieser 20 Millimolaren Salzsäurelösung in geeignetes Glasglas einzuteilen. Als nächstes 0,0177 Gramm Palladium-zwei Chlorid in die Salzsäure geben und über Beschallung mischen, bis das gesamte Palladium(ii)chlorid gelöst ist. Die resultierende Lösung von Dihydrogentetrochloropallidate sollte eine Konzentration von 10 Millimolar aufweisen und eine dunkelorange Farbe aufweisen.

Dann Pipette 2,5 Milliliter wässerfertig suspendierte Gold-Nanostab-Lösung mit einem bis 10 Millimolar Cetyltrimethyl Ammoniumbromid Tensid in einem 1 Zentimeter langen Makrovolumen Küvetette mit einem magnetischen Rührstab. Legen Sie die Küvette auf eine Rührplatte. Pipette 475 Mikroliter entgastes Methanol unter sanftem Rühren in die Küvette geben.

Fahren Sie ca. 15 bis 20 Minuten weiter, während Sie in regelmäßigen Abständen Blasen entfernen, indem Sie bei Bedarf vorsichtig auf den Boden der Küvette gegen eine starre Oberfläche tippen. Danach fünf Mikroliter stockkonzentrierte Salzsäure in die Küvette pipette und 15 Minuten mischen lassen. Als nächstes injizieren Sie 25 Mikroliter 10 Millimolar Dihydrogentetrochloropallidate in das Reaktionsgemisch für ein atomares Verhältnis von Palladium zu Gold von eins zu fünf.

Lassen Sie die Lösung im Dunkeln für eine Stunde unter Rühren komplex. Dann bestrahlen Sie das Reaktionsgemisch mit einer unpolarisierten 715 Nanometer langen, gefilterten Wolfram-Halogenlampe mit einer Intensität von 35 Milliwatt pro Zentimeter quadratisch für 24 Stunden. Am nächsten Tag die Restchemikalien und Reagenzien aus den Palladium-Gold-Nanostäben durch Zentrifugieren bei 9000-fachem G.Verwenden Sie eine Pipette, um den Überstand zu entfernen, und setzen Sie das Pellet wieder in Wasser.

Tauchen Sie die Durchstechflasche für ein bis zwei Minuten in einen Badeschallbeotor ein, um die Nanostäbe zu zerstreuen und die Wäsche zu vervollständigen. Wiederholen Sie diesen gesamten Waschvorgang noch einmal. In dieser Studie werden UV-vis-vis-Vis-Spektren zeitlich aufgezeichnet, um Veränderungen aufzuklären, wenn jede Komponente hinzugefügt wird, die das Reaktionsgemisch umfasst, das mit den Gold-Nanostäben beginnt.

Die Zugabe von Methanol und Salzsäure verringert die Absorptionsgröße durch Verdünnung. Die Zugabe von Dihydrodgen Tetrochloropallidate bewirkt, dass UV-Verzögerung und Metallladungsübertragungsfunktionen entstehen. Nach einer Stunde Im Dunkeln gleichzusam, weisen die Palladium(ii)Moleküle Ladungsübertragungsbänder bei 247 und 310 Nanometern auf.

Bei Bestrahlung der Gold-Nanostab-Längs-Oberflächen-Plasmonresonanz verschiebt sich die Ladungstransferbänder schnell auf 230 bzw. 277 Nanometer. Die Absorptionsgröße des dominanten Ladungsübertragungsspitzen sinkt von 1,7 auf etwa 0,47 über einen Zeitraum von 24 Stunden, da das absorbierte Palladium(ii)durch plasmonische heiße Elektronen photoreduction(ii)” photoreduction. Die beiden SPR-Modi werden dann vor und nach der Resonanzbestrahlung analysiert.

Der Längs-SPR-Rotverschiebungen von 807 auf 816 Nanometer. Bei einer Ausdehnung der Linienbreite von 7 Nanometern bleibt der querliegende SPR unverändert. XPS bestätigt das Vorhandensein von metallischem Palladium durch die Entstehung von Palladium-3D-Linien bei Bindungsenergien von 335 und 340 Elektronenvolt.

TEM zeigt die Morphologien der Gold-Nanostäbe gemischt mit DihydrogenTetrochloropallidate im Dunkeln und nach Resonantenbestrahlung. Die Resonanzbeleuchtung ergibt scharfkantige Nanostäbe mit aufgerauten radialen Schnittstellen. Solche Eigenschaften werden im Dunkeln nicht beobachtet.

Die Verteilung der Nanostablängen zeigt an, dass die mittlere Länge von 127 auf 129 Nanometer angewachsen ist. Dies ist auf das Vorhandensein von photodepositiertem Palladium an den Enden der Stäbe zurückzuführen, wie in einer EDS-Karte bestätigt. Es ist wichtig, dass die CTAB-Konzentration ein bis zehn Millimolar in der Gold-Nanostab-Lösung nicht überschreitet.

Andernfalls wird der Vorläufertransport zur Goldoberfläche behindert. Dieses Verfahren kann leicht angepasst werden, um andere katalytische Metalle wie Platin oder Iridium auf plasmonisch aktive Samenstrukturen zu photoreduce, um eine breite Palette von Photokatalysatoren zu synthetisieren. Wir haben jetzt eine Architektur, in der Plasmonische Energie ohne Grenzflächenbarriere direkt an eine katalytische Oberfläche weitergegeben werden kann, die es uns ermöglicht, die plasmonische Photokatalyse effektiver zu untersuchen.

Salzsäure ist eine korrosive, starke Säure und sollte in einer Dunstabzugshaube mit der richtigen persönlichen Schutzausrüstung wie Schutzbrille und Handschuhe behandelt werden.