Seguimiento de la electroquímica en nanopartículas individuales con espectroscopía de dispersión Raman mejorada en superficie y microscopía

Resumen

El protocolo describe cómo monitorear eventos electroquímicos en nanopartículas individuales utilizando espectroscopía e imágenes de dispersión Raman mejoradas en superficie.

Resumen

El estudio de las reacciones electroquímicas en nanopartículas individuales es importante para comprender el rendimiento heterogéneo de las nanopartículas individuales. Esta heterogeneidad a nanoescala permanece oculta durante la caracterización promediada por conjuntos de nanopartículas. Se han desarrollado técnicas electroquímicas para medir las corrientes de nanopartículas individuales, pero no proporcionan información sobre la estructura y la identidad de las moléculas que sufren reacciones en la superficie del electrodo. Las técnicas ópticas, como la microscopía de dispersión Raman mejorada en superficie (SERS) y la espectroscopia, pueden detectar eventos electroquímicos en nanopartículas individuales y, al mismo tiempo, proporcionar información sobre los modos vibratorios de las especies de superficie de electrodos. En este documento, se demuestra un protocolo para rastrear la oxidación-reducción electroquímica del azul del Nilo (NB) en nanopartículas de Ag individuales utilizando microscopía y espectroscopia SERS. En primer lugar, se describe un protocolo detallado para fabricar nanopartículas de Ag en una película de Ag lisa y semitransparente. Se forma un modo de plasmón dipolar alineado a lo largo del eje óptico entre una sola nanopartícula de Ag y una película de Ag. La emisión SERS de NB fijada entre la nanopartícula y la película se acopla en el modo plasmón, y la emisión de alto ángulo se recoge mediante un objetivo de microscopio para formar un patrón de emisión en forma de rosquilla. Estos patrones de emisión SERS en forma de rosquilla permiten la identificación inequívoca de nanopartículas individuales en el sustrato, a partir de las cuales se pueden recolectar los espectros SERS. En este trabajo, se proporciona un método para emplear el sustrato SERS como electrodo de trabajo en una celda electroquímica compatible con un microscopio óptico invertido. Finalmente, se muestra el seguimiento de la oxidación-reducción electroquímica de moléculas NB en una nanopartícula Ag individual. La configuración y el protocolo descritos aquí se pueden modificar para estudiar diversas reacciones electroquímicas en nanopartículas individuales.

Introducción

La electroquímica es una ciencia de medición importante para estudiar la transferencia de carga, el almacenamiento de carga, el transporte de masas, etc., con aplicaciones en diversas disciplinas, incluyendo biología, química, física e ingeniería 1,2,3,4,5,6,7 . Convencionalmente, la electroquímica implica mediciones sobre un conjunto, una gran colección de entidades individuales como moléculas, dominios cristalinos, nanopartículas y siti....

Protocolo

1. Preparación del sustrato SERS en modo gap

1. Limpie los cubreobjetos No. 1 (consulte la Tabla de materiales) con un lavado con acetona y agua, como se describe a continuación. Realice este paso en una sala limpia para asegurarse de que no se depositen residuos u otras materias no deseadas en los cubreobjetos.
   1. Coloque los cubreobjetos en una rejilla deslizante. Use pinzas cuando mueva los cubreobjetos/sustratos. Coloque la rejilla deslizante en un recipiente de vidrio y llénela con acetona.
      PRECAUCIÓN: La acetona es altamente inflamable y tiene posibles efectos negativos para la salud. Manéjelo en un área bien venti....

Discusión

Depositar películas metálicas delgadas de Cu y Ag en cubreobjetos limpios es vital para garantizar que la película final tenga una rugosidad no mayor de dos a cuatro capas atómicas (o una rugosidad cuadrática media menor o igual a alrededor de 0,7 nm). El polvo, los arañazos y los residuos presentes en el cubreobjetos antes de la deposición del metal son problemas comunes que impiden la fabricación de la película lisa necesaria para producir patrones de emisión en forma de rosquilla. Por lo tanto, se recomienda.......

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acetone, microelectronic grade	J. T. Baker	9005-05
Adjustable pipette, Eppendorf Reference 2 5000 mL	Eppendorf	4924000100
Analytical Balance, AB54-S/FACT	Metter Toledo	N.A.
Atomic Force Microscope, Easy scan 2	Nanosurf	N.A.
AXXIS Electron Beam Thin Film Deposition System	Kurt J. Lesker	N.A.
Cary 60 UV-Vis Spectrophotometer	Agilent	N.A.
Conductive epoxy, two part	Electron Microscopy Sciences	12642-14
Copper pellets, 99.99% pure	Kurt J. Lesker	EVMCU40EXE
Copper wire, bare, 18 AWG	VWR	66248-040
Crucible, Graphite E-Beam	Kurt J. Lesker	EVCEB-23
Diamond Scriber	Ted Pella	54484
EMCCD Camera, ProEM HS: 1024BX3	Teledyne Princeton Instruments	N.A.
Epoxy, Clear	Gorilla Glue	N.A.
Glass Tube Cutter	Wheeler-Rex	69012
Glass Tube, Borossilicate (OD 0.75", ID 0.62", L 12")	McMaster-Carr	8729K45
Immersion oil, Type-F	Olympus	IMMOIL-F30CC
Inverted Microscope, IX73	Olympus	N.A.
Laser, Excelsior One 642 nm Free space	Spectra-Physics	N.A.
LightField	Teledyne Princeton Instruments	N.A.
MATLAB 2022b	MathWorks	N.A.
Micro cover glass (coverslips), 24×60 mm No. 1	VWR	48404-455
Microscope Smartphone Camera Adapter	qhma	QHMC017A-S01
Nile Blue A, pure	Acros Organics	415690100
Nitrogen, Ultra Pure, Compressed	Specialty Gases	N.A.
Objective, UPLanXApo 100× Oil Immersion	Olympus	14-910
Polyimide Film, Kapton	3M	16089-4
Potassium Phosphate Monobasic	VWR	P285
Potentiostat, 660E	CH Instruments	N.A.
Pt wire	Alfa Aesar	10956-BS
Scanning Electron Microscope, Apreo C SEM	Thermo Fischer Scientific	N.A.
Si wafer	Ted Pella	16006
Silver nanoparticles (nanospheres), NanoXact 0.02 mg/mL in 2 mM citrate	nanoComposix	AGCN60
Silver pellets, 99.99% pure	Kurt J. Lesker	EVMAG40EXE-A
Slide Rack, Wash-N-Dry	Diversified Biotech	WSDR-2000
Smartphone, iPhone 13 mini	Apple	N.A.
Sodium Phosphate Dibasic Heptahydrate	VWR	0348
Spectrometer, IsoPlane SCT320	Teledyne Princeton Instruments	N.A.
Tissue Wipers, Light-duty	VWR	82003-820
Tweezers, KS-04	Kaisi Hardware	N.A.
Utrasonic Generator, sweepSONIK	Blackstone-NEY Ultrasonics	809379
Water Ultrapurifier, Sartorius Arium mini	Sartorius	N.A.