JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

A novel method for metal core nanoparticle synthesis using a water stable silanol is described.

Abstract

In this work, a facile one-pot reaction for the formation of metal nanoparticles in a water solution through the use of n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol is presented. This compound can be used to effectively reduce and complex metal salts into metal core nanoparticles coated with the compound. By controlling the concentrations of salt and silane one is able to control reaction rates, particle size, and nanoparticle coating. The effects of these changes were characterized through transmission electron microscopy (TEM), UV-Vis spectrometry (UV-Vis), Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (NMR) and Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR). A unique aspect to this reaction is that usually silanes hydrolyze and cross-link in water; however, in this system the silane is water-soluble and stable. It is known that silicon and amino moieties can form complexes with metal salts. The silicon is known to extend its coordination sphere to form penta- or hexa-coordinated species. Furthermore, the silanol group can undergo hydrolysis to form a Si-O-Si silica network, thereby transforming the metal nanoparticles into a functionalized nanocomposites.

Introduction

حيث أن الطلب وتطبيقات الزيادات مصمم المواد متناهية الصغر، لذلك أساليب مختلفة من التوليف. وقد استخدمت أساليب "من أعلى إلى أسفل"، مثل الاستئصال بالليزر أو الحفر الكيميائي لإمكانية التحكم بها الممتاز والقدرة على حل المواد بشكل موثوق وصولا الى مستوى شبه ميكرون. هذه الأساليب تعتمد على المواد السائبة التي يجري تجهيزها في المكونات الدقيقة، والتي تزيد عادة تكلفة الإنتاج ويقلل من حجم البنية النانوية المطلوب. طريقة بديلة لتوليف لهذا هو نهج "أسفل إلى أعلى"، التي تسيطر على التوليف على المستوى الجزيئي ويبني على البنية النانوية المطلوب. هذا يضفي على درجة كبيرة من السيطرة على المطلوب التجميع الذاتي، وظائف، سلبية، والاستقرار في توليد هذه المواد ذات البنية النانومترية 1. من خلال العمل من المستوى الجزيئي، nanocomposites الهجينة يمكن أن تتولد توفير فوائد كل من المواد في نفس structuإعادة.

كما يتم تجميع المواد متناهية الصغر من خلال استراتيجية من أسفل إلى أعلى، وتحتاج إلى استخدامها للسيطرة على حجم الجسيمات والشكل والملمس، وللا مائية، المسامية، تهمة، وظائف 2 الأساليب. في تخليق جسيمات متناهية الصغر المعادن الأساسية، يتم تقليل الملح معدن الأولي في عملية بالحفز لتوليد جزيئات الصفر التكافؤ، والتي بدورها توجيه التنوي من الجسيمات الأخرى. وهذا يؤدي إلى تجميع وإنتاج جسيمات متناهية الصغر أخيرا 3. في محاولة للسيطرة على حجم الجسيمات النانوية التي تم إنشاؤها ومنعهم من عجل من الحل، وتستغل مثبتات مثل بروابط، السطحي، وتهمة الأيونية، والبوليمرات كبيرة لقدرتها على منع النانوية من مزيد من التكتل 4-10. هذه المواد تمنع فان دير فال جذب الجسيمات النانوية، إما عن طريق الإعاقة الفراغية بسبب وجود مجموعات ضخمة أو من خلال النفور Coulombic 3.

في تيعمله، لذلك، وعاء واحد، واستراتيجية السطحية الاصطناعية للجيل مختلف النانوية الأساسية المعدنية باستخدام سيلاني، يتم تقديم ن- (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol (2-AST) (الشكل 1). بروابط على هذا المركب هي قادرة على الحد من السلائف المعادن واستقرار الجسيمات النانوية المعدنية مع فعالية عالية نسبيا. الأنصاف silanol ثلاثة الحالية هي أيضا قادرة على يشابك وهذا يشكل شبكة مترابطة من البوليمر organosilane مشربة النانوية داخل المصفوفة في (الشكل 2). وخلافا لمعظم silanes، التي تخضع بسهولة المائي في وجود الماء، واستقر هذا المركب في الماء، وهو مفيد لأغراض للا مائية والاستقرار والسيطرة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

ملاحظة: يتم استخدام جميع الكواشف كما هو من الشركة المصنعة مع أي تنقية أخرى. تم رصد ردود الفعل لمدة تصل إلى واحد من خلال التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية فيس لضمان خفض كامل. يتم تنفيذ كل ردود الفعل من تحت غطاء تنفيس والملابس السلامة المناسبة يلبس في جميع الأوقات، بما في ذلك القفازات ونظارات العين، والمعاطف مختبر.

1. توليف من الفضة النانوية

  1. تزن من 0.0169 غرام (0.1 ملمول) من نترات الفضة مباشرة إلى 50 مل دورق مخروطي.
  2. إضافة في 20 مل من 18.2 MΩ من الماء عالى النقاء وبار محرك مغناطيسي. تغطية قارورة مع سدادة لمنع التبخر.
  3. مكان الدورق في حمام الزيت تقع على النمام / صفيحة ساخنة وضمان الحفاظ على درجة الحرارة عند 60 درجة مئوية.
  4. ببطء إضافة 144 ميكرولتر (0.2 ملمول) من 2 AST باستخدام micropipette الدقة. يتم نقل ماصة تدفق عدة مرات في الحل لضمان جميع سيلاني إلى الحل.
  5. أخذ قراءات التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية فيسوفقا لبروتوكول المدرجة في القسم 5.
  6. بعد 6 ساعات، وإزالة عينة من حمام الزيت ونقل إلى قارورة 20 لتر عينة للتخزين، تيم، FTIR ومزيد من التحليل.
    ملاحظة: تخليق جزيئات الذهب والبلاديوم يتبع نفس الأسلوب ومتكافئة كميات باستثناء جزيئات الذهب التي تتطلب 216 ميكرولتر (0.3 مليمول) 2-AST. قد يستمر رد الفعل لإنتاج الجسيمات النانوية لمدة تصل إلى 2 أسابيع، ولكن معدل ليس كبيرا مقارنة مع معدل الأولي.

2. نقل المجهر الإلكتروني (تيم) إعداد نموذج

  1. تأكد من أن العينة قد يتم تبريده الى RT.
  2. وضع 200 الكربون شبكة المغلفة formvar الشبكة النحاسية على قطعة نظيفة من ورق الترشيح.
  3. باستخدام 1 مل باستور البلاستيك ماصة، ويلقي الإفلات حوالي 60 ميكرولتر من عينة جسيمات متناهية الصغر مباشرة على الشبكة.
  4. تسمح شبكة لتجف لمدة 24 ساعة قبل التصوير.
  5. أخذ صور عالية الدقة تيم فقا للشروط التالية:10 أمبير الحالية و 100 كيلو فولت تسريع الجهد 22.

3. النووية الرنين المغناطيسي (NMR) إعداد نموذج

ملاحظة: إجراء الرنين المغناطيسي في RT. في درجات حرارة عالية إشارات قد تتجمع، والتي تحط من نوعية الأطياف التي تم الحصول عليها.

  1. باستخدام ماصة الدقة، ماصة 50 ميكرولتر من ثاني أكسيد الديوتيريوم (D 2 O) في أنبوب NMR نظيفة.
  2. مع ماصة الدقة بأخرى نظيفة، ماصة 400 ميكرولتر من عينة جسيمات متناهية الصغر في نفس أنبوب الرنين المغناطيسي.
    1. كعينات أن تنضم إلى الجدران الداخلية للأنبوب الرنين المغناطيسي النووي، إضافة ببطء الحلول في أنبوب NMR. إذا العينة لا تلتزم، غطاء الأنبوب ويهز الجزء العلوي من أنبوب لإجبار حل للأسفل.
  3. خلط العينة عن طريق هز وقلب الأنبوب NMR مرارا وتكرارا.
  4. أنبوب عينة مكان إلى NMR اتباع الإرشادات التي وضعتها بروتوكول NMR المقدمة من قبل الشركة المصنعة. قد يكون ما يزيد عن 1000 بمسح اللازمة للوحدات السكنية المناسبةolution في برنامج نبض بروتون NMR 1 H.
    ملاحظة: يجب الجدران أنبوب NMR تكون نظيفة. فمن المستحسن أن الجدار الخارجي للأنبوب ومسحت مع ستوكات أو الوبر القماش الخالي قبل التحليل لوضوح الأطياف.
  5. تجاهل عينة عند الانتهاء. لا عودة العينة إلى حل الأم.

4. تحويل فورييه الأشعة تحت الحمراء إعداد نموذج (FTIR) الطيفي

  1. ضع 2 مل من عينة جسيمات متناهية الصغر في وعاء زجاجي صغير. و3 أنبوب مل أو 1 درهم زجاج قنينة يعمل بشكل جيد.
  2. تجفيف العينات عن طريق وضع إناء زجاجي في مجفف فراغ مزودة محبس.
  3. إرفاق مجفف لجهاز مضخة فراغ. تجفيف العينات قد يستغرق بضع ساعات اعتمادا على قوة فراغ. النظر في عينات تجف بعد وجود سائل مرئية في الحاوية.
  4. كشطت نزولا العينة باستخدام ملعقة نظيفة وجمع المواد الصلبة.
  5. وضع مادة صلبة على ATR-FTIR مطياف مزودة cryst ZnSeآل يزر ديود.
  6. الحصول على FTIR أطياف دمج 32 بالاشعة بين 4،000-500 سم -1 مع قرار الطيفي من 2.0. استخدام الخلفية الهواء 23.

5. أشعة فوق البنفسجية فيس الطيفي إعداد نموذج

  1. إجراء أشعة فوق البنفسجية فيس الطيفي على عينات جسيمات متناهية الصغر التي هي في 9:59 التخفيف من عينة جسيمات متناهية الصغر على المياه حتى لا يحدث ذلك التشبع في التحليل الطيفي.
  2. إزالة عينات جسيمات متناهية الصغر للأشعة فوق البنفسجية فيس بينما رد فعل يعمل على فترات نصف ساعة.
  3. باستخدام ماصة الدقة، وإزالة 100 ميكرولتر من المواد جسيمات متناهية الصغر ومكان في كفيت بلاستيكية.
  4. إضافة 1 مل من الماء عالى النقاء لنفس كفيت ومزيج دقيق من قبل بيغ ماصة عدة مرات.
  5. سجل أشعة فوق البنفسجية فيس الامتصاصية الطيف بين 250-800 نانومتر.
  6. بعد التحليل، لا عودة العينة إلى رد فعل. التخلص من تحليلها بطريقة مناسبة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

تم رصد رد فعل عن طريق مطياف الأشعة فوق البنفسجية فيس كما تشكيل جسيمات متناهية الصغر يجب أن تنتج قمم المميزة لكل جسيمات متناهية الصغر معدن على حدة. تم انجازه في التحليل النهائي من المواد المركبة من خلال تيم وFTIR. تم الحصول على أطياف FTIR من مسحوق المجففة ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

الأملاح التي أعلن عنها في هذه الورقة هي أملاح الوحيدة التي تم اختبارها من هذا المعدن. ونتيجة لذلك، فإنه من غير المؤكد أن هذه الاستراتيجية رد فعل ستعمل مع جميع أملاح المعادن، وخصوصا الذهب. ذوبان هذه الأملاح في الماء قد تؤثر أيضا على نتائج رد الفعل من حيث وقت رد الفعل، م...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

لا توجد المصالح المالية المتضاربة.

Acknowledgements

Dr. B.P.S. Chauhan would like to gratefully acknowledge William Paterson University for assigned release time (ART) award for part of the research described here and also for the research program in general.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol (2-AST)GelestSIA0590.025% in H2O
Silver nitrateSigma AldrichS6506
Gold(III) chloride trihydrateSigma Aldrich520918
Palladium(II) NitrateAlfa Aesar11035
Deuterium DioxideCambridge Isotope LaboratoriesDLM-4-100

References

  1. Corriu, R. Organosilicon Chemistry and Nanoscience. J Organomet Chem. 686, 32-41 (2003).
  2. Chou, L. Y., Ming, K., Chan, W. Strategies for the intracellular delivery of nanoparticles. Chem. Soc. Rev. 40 (1), 233-245 (2011).
  3. Richards, R., Bönnemann, H. Synthetic Approaches to Metallic Nanomaterials. Nanofabrication towards Biomedical Applications. , Wiley-VCH. 4-9 (2005).
  4. Bradley, J. Chapter 6, Unit 6.2.2, The Chemistry of Transition Metal Colloids: Synthetic Methods for the Preparation of Colloidal Transition Metals. Clusters and Colloids. Schmid, G. , Wiley-VCH. 469-473 (1994).
  5. Paterer, A., et al. Investigation on the formation of copper zinc tin sulphide nanoparticles from metal salts and dodecanethiol. Mater. Chem. Phys. 149-150, 94-98 (2015).
  6. Yi, D. K., Lee, S. S., Ying, J. Y. Synthesis and Applications of Magnetic Nanocomposite Catalysts. Chem. Mater. 18, 2459-2461 (2006).
  7. Piepenbrock, M. M., Lloyd, G. O., Clarke, N., Steed, J. W. Metal- and Anion-Binding Supramolecular Gels. Chem. Rev. 110, 1960-2004 (2010).
  8. Wu, J. Preparation and Structural Characterization of Novel Nanohybrids by Cationic 3D Silica Nanoparticles Sandwiched between 2D Anionic Montmorillonite Clay through Electrostatic Attraction. J. Phys. Chem. C. 113 (30), 13036-13044 (2009).
  9. Spitalsky, Z. Carbon nanotube-polymer composites: Chemistry, Processing, Mechanical and Electrical Properties. Prog. Polym. Sci. 35, 357-401 (2010).
  10. Link, S., El-Sayed, M. A. Spectral Properties and Relaxation Dynamics of Surface Plasmon Electronic Oscillations in Gold and Silver Nanodots and Nanorods. J. Phys. Chem. B. 103 (40), 8410-8426 (1999).
  11. Fau, P., et al. Monitoring the Coordination of Amine Ligands on Silver Nanoparticles Using NMR and SERS. Langmuir. 31 (4), 1362-1367 (2015).
  12. Patil, H. B., Borse, S. V., Patil, D. R., Patil, U. K., Patil, H. M. Synthesis of silver nanoparticles by microbial method and their characterization. Arch. Phys. Res. 2 (3), 153-158 (2011).
  13. Ghosh, S., Sarma, N., Mandal, M., Kundu, S., Esumi, K., Pal, T. Evolution of gold nanoparticles in micelle by UV-irradiation: A conductometric study. Curr. Sci. 84 (6), 791-795 (2003).
  14. Paul, B., Bhuyan, B., Purkayastha, D. D., Dey, M., Dhar, S. S. Green synthesis of gold nanoparticles using Pogestemon benghalensis (B) O. Ktz leaf extract and studies of their photocatalytic activity in degradation of methylene. Mater. Lett. 148, 37-40 (2015).
  15. Chauhan, B. P. S., Rathore, S. Regioselective Synthesis of Multifunctional Hybrid Polysiloxanes Achieved by Pt-Nanocluster Catalysis. J. Am. Chem. Soc. 127, 5790-5791 (2005).
  16. Chauhan, B. P. S., Rathore, S., Bandoo, T. "Polysiloxane-Pd" Nanocomposites as Recyclable Chemoselective Hydrogenation Catalysts. J. Am. Chem. Soc. 126, 8493-8500 (2004).
  17. Chauhan, B. P. S., Rathore, S., Chauhan, M., Krawicz, A. Synthesis of Polysiloxane Stabilized Palladium Colloids and Evidence of Their Participation in Silaesterification Reactions. J. Am. Chem. Soc. 125, 2876-2877 (2003).
  18. Chauhan, B. P. S., Sardar, R., Tewari, P., Sharma, P. Proceedings of the Third International Workshop on Silicon Containing Polymers, Troy, NY, , 23-25 (2003).
  19. Pouchert, C. J. Non-Aromatic Amines. The Aldrich Library of Infrared Spectra. Pouchert, C. .J. , Aldrich Chemical Company. Wisconsin. (1983).
  20. Arkles, B., et al. Infrared Analysis of Organosilicon Compounds: Spectra-Structure Correlations. Silicon Compounds Register and Review. , (1987).
  21. Corriu, R. J. P. Hypervalent Species of Silicon-structure and Reactivity. J. Organomet. Chem. 400, 81-106 (1990).
  22. Basic Instruction Manual: Hitachi HT7700 TEM. , Tokyo, Japan. 1-28 (2014).
  23. OMNIC User's Guide Version 7.3: Thermo Electron Corporation. , Madison, Wisconsin. 151-216 (2006).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

108 functionalized

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved