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摘要

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

摘要

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.

引言

作为需求和设计者纳米材料的增加的应用程序，所以做合成的各种方法。的"自上而下"的方法，如激光烧蚀或化学蚀刻已采用的出色的可控性和解决材料可靠地降低到亚微米级的能力。这些方法依赖于散装物料在被加工成较细的部件，其通常增加生产的成本，因为所需要的纳米结构尺寸减小。合成本的另一种方法是在"自下而上"的方法，这在分子水平上控制合成和积聚到期望的纳米结构。这赋予所期望的自组装体，功能性，被动，并且在这些纳米结构材料1的产生稳定控制的一个显著程度。通过从分子水平的工作，可以生成混合纳米复合材料相同structu内提供这两种材料的优点回覆。

作为纳米材料通过自下而上策略合成方法需要被用来控制颗粒大小，形状，质地，疏水性，多孔性，电荷，和官能度为2。在金属芯纳米颗粒合成，初始金属盐在自催化过程减小到产生零价颗粒，而这又指示其他粒子的成核。这导致集群和最终纳米粒子的生产3。在努力控制创建的纳米粒子的尺寸并防止它们沉淀出来的溶液，稳定剂，例如配体，表面活性剂，离子电荷，和大的聚合物是利用它们对从进一步凝聚4-10方框纳米颗粒的能力。这些材料抑制纳米粒子的范德华引力，无论是通过空间位阻，由于体积大的基团的存在或通过库仑斥力3。

在T他的工作，一个轻便，一锅合成使用硅烷各种金属芯纳米颗粒的生成策略，N-（2-氨基乙基）-3- aminosilanetriol（2- AST）呈现（图1）。关于该化合物的配体是能够还原金属前体和稳定的金属纳米颗粒具有相对高的效能。本三硅烷醇部分也能够交联的，这形成了与它的基体（图2）内的纳米颗粒浸渍的有机硅烷聚合物的互连网络。不像大多数硅烷，在水的存在下容易地进行水解，该化合物在水中，这对于疏水性的目的，稳定性和控制利于稳定。

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研究方案

注意:所有试剂被用作是制造商，没有进一步纯化。反应通过UV-Vis光谱为最多一周监测，以确保完全还原。所有反应都发泄罩下进行，适当的安全的服装穿在任何时候，包括手套，护目镜，和实验室大衣。

1.银纳米颗粒的合成

  1. 称出硝酸银直接的0.0169克（0.1毫摩尔）放入50毫升的Erlenmeyer烧瓶中。
  2. 加在20毫升的超纯水18.2兆欧和磁力搅拌棒。盖瓶具塞以防止蒸发。
  3. 在油浴中代替烧瓶位于搅拌器/热板上，并确保温度保持在60℃。
  4. 慢慢地用一个精确的微量添加144微升（0.2毫摩尔）2-AST的。在溶液中，以确保所有的硅烷冲洗吹打数次被转移到该溶液中。
  5. 取UV-Vis光谱读数根据第5节中列出的协议。
  6. 6小时后，从油浴中取出样品，并转移至20ml的样品瓶用于存储，TEM，FTIR和进一步分析。
    注意:金和钯纳米颗粒的合成如下与需要216微升（0.3毫摩尔）2- AST金纳米颗粒的异常的相同的方法和化学计算量。反应可以继续生产纳米颗粒长达2周，但比起初始速率的速率是不显著。

2.透射电子显微镜（TEM）样品制备

  1. 确保样品已经冷却至室温。
  2. 放置200个碳目formvar覆层的铜网格上一块干净滤纸。
  3. 使用1毫升的塑料巴斯德吸管，投降约60微升的纳米颗粒样品的直接到网格。
  4. 允许电网干燥前成像24小时。
  5. 拍摄高分辨率TEM图像具备以下条件:10μA电流和100千伏加速电压22。

3.核磁共振（NMR）样品制备

注:在室温下进行NMR。在高温下的信号可以聚结，这降低获得的频谱的质量。

  1. 使用精密移液管，移液管将50μl氘氧 ​​化物（D 2 O中）的进一个干净的NMR管中。
  2. 用另一块干净精密吸管，吸管400微升纳米样品放入同一个核磁共振管。
    1. 作为样品可能会附着在NMR管的内壁，慢慢加入溶液到NMR管中。如果样品不附着，盖上管并摇动该管的顶部，以迫使该溶液的底部。
  3. 混合摇晃，反复颠倒NMR管的样品。
  4. 放置样品管到下面由制造商提供NMR协议设定的方向核磁共振。 1000扫描向上可能是必要的适当资源olution中的 1 H质子NMR脉冲程序。
    注:核磁共振管壁应保持清洁。建议在管的外壁擦拭用分析光谱清楚之前的微纤维或无绒布。
  5. 完成后丢弃样本。不要返回样品母液。

4.傅立叶变换红外（FTIR）光谱法样品制备

  1. 将2毫升纳米颗粒样品放入一个小玻璃容器。 A 3毫升管或1打兰玻璃小瓶效果很好。
  2. 通过将玻璃容器在装有旋塞的真空干燥器干燥样品。
  3. 附加干燥器到真空泵装置。样品干燥可能需要几个小时，这取决于真空的实力。考虑样品干后没有在容器中没有可见的液体。
  4. 用干净的刮铲下来的样品，并收集固体材料。
  5. 将固体物质到ATR-FTIR光谱仪配备了硒化锌cryst人二极管激光器。
  6. 获取红外光谱4,000-500厘米之间整合32次扫描-1，2.0的光谱分辨率。使用空气背景23。

5，紫外 - 可见光谱样品制备

  1. 进行关于纳米颗粒的样品是在一到十稀释纳米颗粒样品的水，使得饱和度不会在光谱仪分析发生UV-Vis光谱。
  2. 紫外 - 可见拆下的纳米颗粒的样品，而反应在半小时一班。
  3. 使用精密移液管，取出100微升纳米颗粒材料制成，并置于一个塑料杯中。
  4. 1毫升超纯水添加到相同反应杯和通过冲洗吸管数次调匀。
  5. 250-800纳米之间记录紫外 - 可见吸收光谱。
  6. 经过分析，不回样品反应。分析物以适当的方式处置。

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结果

将反应物​​通过紫外可见光谱监测的纳米颗粒形成应该产生的峰为每个单独的金属纳米粒子的特性。合成材料的最终分析通过TEM和FTIR完成。从样品的干燥粉末，得到的FTIR光谱。粒度分析可以通过从通过TEM和平均结果获得的图像测量纳米颗粒的直径来实现。

用2- AST硅烷纳米颗粒的络合可以与FTIR由硅烷和胺官能的特征峰...

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讨论

本文报道盐是被测试的金属，唯一的盐。其结果是，它是不定的，该反应的策略将与金属的所有的盐，特别是金工作。在水中这些盐的溶解性也可能影响在反应时间，形态和产率方面的反应的结果。在所有的反应中，硅烷加入到已溶解的金属盐溶液。

值得一提的是，必须小心，以确保准确性用于这些反应的所需要的金属的盐，其可以是吸湿性或潮解性18小浓度。此问?...

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披露声明

有没有冲突的财务权益。

致谢

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.

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材料

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

参考文献

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