העבודה בעיקר מומן על ידי הקרן הלאומית למדע (NSF), הוא הודה חטיבת הכימיה (פרס מספר צ'ה-1507370). אימן מסיה כרים ו- Wenhui Li לאשר תמיכה כספית חלקית על ידי 3m עם קביעות שאינן פרס הפקולטה. במחקר זה נעשה שימוש במשאבים של המקור הפוטון מתקדם (הפרעות לקרן החלקיקים 12-מזהה-C, המשתמש הצעה GUP-45774), ארצות הברית מחלקת האנרגיה (DOE) במשרד של המשתמש מתקן מדעי פעלו במשרד DOE של המדע על ידי Argonne National Laboratory תחת חוזה מס דה-AC02-06CH11357. המחברים רוצה להודות Yubing Lu, ודוקטורנטית במחלקה הנדסה כימית וירג'יניה טק על עזרתו אדיב עם המדידות SAXS. העבודה הציג בוצעה חלקית במרכז על ננוטכנולוגיה משולב, Office של מדע המשתמש מתקן פעלו משרד המדע של ארצות הברית מחלקת האנרגיה (DOE). המעבדה הלאומית לוס אלמוס, מעסיק שוויון הזדמנויות מתקנת, מופעל על ידי הביטחון הלאומי לוס אלמוס, LLC, על ניהול האבטחה גרעיני לאומי מחלקת האנרגיה של ארצות הברית תחת חוזה דה-AC52-06NA25396.

יש אין ניגוד אינטרסים לדווח.

במחקר זה, הצגנו מתודולוגיה חזק כדי לבחון את השפעת מיצוי ליגנדים על התגרענות ועל הצמיחה של חלקיקי מתכת. אנחנו מסונתז Pd חלקיקים בממיסים שונים (טולואן, פירידין) שימוש אצטט משטרת קודמן מתכת ו העליון ליגנד. . השתמשנו ב באתרו SAXS כדי לחלץ את ריכוז מופחתת אטומים (אירועי התגרענות וצמיחה) כמו גם ה...

סינתזה מבוקרת של חלקיקים מתכתיים הוא בעל חשיבות רבה בשל היישומים גדול של חומרים nanostructured זרז, פוטו, פוטוניקה, חיישנים וסמים משלוח1,2,3, 4,5. לסנתז חלקיקים עם הפצה גודל וגדלים ספציפיים, חיוני להבין את המנגנון הבסיסי חלקיקים התגרענות וצמיחה. עם זאת, קבלת חלקיקים עם קריטריונים כגון הזמין הקהילה ננו-סינתזה עקב התקדמות איטית בהבנת המנגנונים סינתזה וחוסר דגמים קינטית חזקה בספרות. שנות ה-50, LaMer הציע מודל כדי להפוך את התגרענות הצמיחה של גופרית sols, איפה יש פרץ של התגרענות ואחריו צמיחה מבוקרת דיפוזיה של גרעינים6,7. במודל המוצע זה, זה זה הניחו כי מגביר הריכוז מונומר (עקב הפחתת או פירוק של ההתחלה), ופעם אחת רמת הוא מעל רוויית יתר קריטי, מחסום האנרגיה עבור חלקיקים התגרענות ניתן להתגבר, וכתוצאה מכך התגרענות פרץ (התגרענות הומוגניות). בשל את התגרענות פרץ המוצע, הטיפות ריכוז מונומר, יפול מתחת לרמת רוויית יתר קריטי, עוצר התגרענות. בשלב הבא, האטום בנוי הם שמהווה לגדול באמצעות פעפוע של מונומרים לכיוון פני השטח חלקיקים, כאשר מתרחשים אירועים התגרענות נוספים. התוצאה ביעילות הפרדת את התגרענות ואת הצמיחה בזמן ושליטה על התפלגות גודל במהלך תהליך הצמיחה8. מודל זה שימש לתיאור היווצרות של חלקיקים שונים כולל Ag9, Au10, CdSe11ו Fe-3O-4-12. עם זאת, מספר מחקרים הדגימו כי התיאוריה התגרענות קלאסית (CNT) לתאר את היווצרות colloidal חלקיקי, בפרט עבור חלקיקים מתכתיים איפה החפיפה של התגרענות ואת הצמיחה נצפית1, 13,14,15,16,17. אחד המחקרים האלה, Watzky, פינק. כן הקים מנגנון דו-שלבי היווצרות של אירידיום חלקיקים13, שבו התגרענות רציפה איטי חופף עם גידול מהיר nanoparticle משטח (כאשר הצמיחה הוא autocatalytic). התגרענות איטי וגידול מהיר autocatalytic נצפו גם עבור סוגים שונים של חלקיקי מתכת, כגון משטרת14,15,18,19,Pt20ו- Rh21 ,22. למרות ההתקדמות בפיתוח התגרענות ו צמיחה מודלים1,23,24,25, תפקיד ליגנדים לעיתים קרובות תתעלם בדגמי המוצעת. למרות זאת, מוצגים ליגנדים להשפיע על15,26 14,גודל חלקיקים מורפולוגיה19,27 , כמו גם את פעילות קטליטית ו סלקטיביות28 , 29. לדוגמה, יאנג ואח. 30 מבוקר Pd בגודל ננו-חלקיק הנע בין 9.5 ו-15 ננומטר על ידי שינוי הריכוז של trioctylphosphine (למעלה). בסינתזה של חלקיקים מגנטיים (Fe3או4), הגודל ניכר ירד מ 11 5 ננומטר כאשר ליגנד (octadecylamine) יחס קודמן מתכת עלה מ 1 ל 60. מעניין, גודל חלקיקים Pt הוצגה להיות רגישים לאורך שרשרת ליגנדים אמין (למשל., n-hexylamine ו- octadecylamine), שבה גודל ננו-חלקיק קטן יותר יכולה להיות מושגת באמצעות שרשרת יותר (כלומר., octadecylamine)31.
משינוי גודל הנגרמת על ידי ריכוז שונים וסוגים שונים של ליגנדים הוא ראיות ברורות על התרומה של ליגנדים ב קינטיקה התגרענות וצמיחה. למרבה הצער, מחקרים מעטים היוו את התפקיד של ליגנדים ולאחר במחקרים אלה, מספר הנחות לעיתים קרובות נעשו למען הפשטות, אשר בתורו להפוך מודלים אלה ישימים רק עבור תנאים מסוימים32,33. ליתר דיוק, Rempel ועמיתים פיתח מודל קינטי כדי לתאר את היווצרות נקודות קוונטיות (CdSe) בנוכחות מיצוי ליגנדים. עם זאת, במחקר שלהם, הכריכה של ליגנד עם משטח nanoparticle ההנחה תהיה על שיווי משקל-בכל זמן נתון32. הנחה זו אולי נכונה כאשר ליגנדים עודף גדול. הקבוצה שלנו פיתחה לאחרונה חדש מודל מבוסס-ליגנד14 אשר היוו האיגוד בהגבלת ליגנדים מבשר (מתכת מורכבים) וגם את פני השטח של ננו-חלקיק תגובות הפיך14. בנוסף, המודל שלנו מבוססת-ליגנד פוטנציאל ניתן להשתמש במערכות אחרות nanoparticle מתכת, איפה קינטיקה סינתזה נראה להיות מושפעת על ידי הנוכחות של ליגנדים.
במחקר הנוכחי, אנו משתמשים שלנו פיתח מודל מבוסס-ליגנד לחזות את ההיווצרות והגידול של חלקיקים Pd בממיסים שונים לרבות טולואן, פירידין. עבור קלט המודל שלנו, בחיי עיר SAXS היה מנוצל כדי להשיג את הריכוז של חלקיקים וגודל הפצה במהלך הסינתזה. מדידת גודל והן ריכוז החלקיקים, כהשלמה דוגמנות קינטי, מאפשרת לנו לחלץ מידע מדויק יותר על המחירים התגרענות וצמיחה. נדגים בהמשך כי שלנו דגם מבוסס-ליגנד, אשר במפורש חשבונות עבור האיגוד ליגנד-מטאל, הוא מאוד חזוי והוא יכול לשמש כדי לעצב את תהליכי סינתזה להשיג חלקיקים עם המידות הרצויות.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="778">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">palladium acetate (Pd(OAc)2)</td>
			<td style="width:203px;">ALDRICH</td>
			<td style="width:119px;">520764</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">anhydrous acetic acid</td>
			<td style="width:203px;">SIAL</td>
			<td style="width:119px;">338826</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">trioctylphosphine</td>
			<td style="width:203px;">ALDRICH</td>
			<td style="width:119px;">718165</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">pyridine</td>
			<td style="width:203px;">MilliporeSigma</td>
			<td style="width:119px;">PX2012-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">toluene</td>
			<td style="width:203px;">SIAL</td>
			<td style="width:119px;">244511</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">1-hexanol</td>
			<td style="width:203px;">SIAL</td>
			<td style="width:119px;">471402</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">N8 Horizon SAXS</td>
			<td style="width:203px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;">A32-X1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:291px;">glovebox</td>
			<td style="width:203px;">Vaccum Atmospheres Co.</td>
			<td style="width:119px;">109035</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">MR HEI-TEC 115V Hotplate</td>
			<td style="width:203px;">Heidolph</td>
			<td style="width:119px;">5053000000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">hotplate Monoblock insert</td>
			<td style="width:203px;">Heidolph</td>
			<td style="width:119px;">5058000800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">heat-On 25-ml insert</td>
			<td style="width:203px;">Heidolph</td>
			<td style="width:119px;">5058006200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">7 mL vials</td>
			<td style="width:203px;">SUPELCO</td>
			<td style="width:119px;">27518</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">micro stir bar PTFE&#160;</td>
			<td style="width:203px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">58948-353</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">egg-Shaped Bars&#160;</td>
			<td style="width:203px;">Fisherbrand&#8482;&#160;</td>
			<td style="width:119px;">14-512-121</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">25 mL round bottom flasks</td>
			<td style="width:203px;">ALDRICH</td>
			<td style="width:119px;">Z167495</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">quartz capillary</td>
			<td style="width:203px;">Hampton Research</td>
			<td style="width:119px;">HR6-148</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">MATLAB R2016b</td>
			<td style="width:203px;">MathWorks</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">Bruker SAXS 1.0v</td>
			<td style="width:203px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">Diffrac Measurement Center 4.0v</td>
			<td style="width:203px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ligand-mediated nucleation and growth of palladium metal nanoparticles

התפלגות גודל וגודל, היציבות colloidal חלקיקי מושפעים מאוד נוכחות בהגבלת ליגנדים. למרות התרומה מפתח בהגבלת ליגנדים במהלך התגובה סינתזה, שלהם תפקיד בוויסות שיעור התגרענות וצמיחה של colloidal חלקיקי אינה מובנת היטב. בעבודה זאת, נדגים חקירה מכניסטית התפקיד של trioctylphosphine (למעלה) ב- Pd חלקיקים בממיסים שונים (טולואן, פירידין) באמצעות בחיי עיר SAXS ומודלים מבוסס-ליגנד קינטי. התוצאות שלנו בתנאים סינתטיים שונים חושפים את החפיפה של התגרענות והצמיחה של חלקיקים Pd במהלך התגובה, אשר סותר את המודל LaMer-סוג התגרענות וצמיחה. המודל חשבונות עבור קינטיקה של Pd-העליון מחייב, מבשר וגם פני השטח של חלקיקים, אשר חיוני כדי ללכוד את האבולוציה גודל, כמו גם הריכוז של חלקיקים בתוך באתרו. בנוסף, אנו ממחישים את כוח הניבוי של המודל מבוסס-ליגנד שלנו דרך עיצוב התנאים סינתטי להשיג חלקיקים עם המידות הרצויות. המתודולוגיה המוצעת ניתן ליישם מערכות אחרות סינתזה ומשמש ולכן אסטרטגיית יעיל של סינתזה חזוי של colloidal חלקיקי.

לבחון באופן שיטתי האם הגבלת התכיפות ליגנדים לשנות את קינטיקה של התגרענות וצמיחה, לקחנו את שתי הגישות הבאות: (i) הכריכה של ליגנד עם המתכת לא נחשבה במודל קינטי הדומה מחקרים קודמים (כלומר., התגרענות וצמיחה autocatalytic) (ii) האיגוד הפיך בהגבלת ליגנד עם קודמן ואת השטח של ננו-חלקיק...

Watch this Scientific Journal Video about Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles at JoVE.com

Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles

התגרענות בתיווך ליגנד והצמיחה של חלקיקי מתכת פלדיום

המטרה העיקרית של עבודה זו היא להבהיר את התפקיד בהגבלת סוכנים בוויסות בגודל של פלדיום חלקיקים על-ידי שילוב אניn באתרו זווית קטנה רנטגן פיזור (SAXS) מבוסס-ליגנד דוגמנות קינטי.

The size, size distribution and stability of colloidal nanoparticles are greatly affected by the presence of capping ligands. Despite the key contribution ...

ligand-mediated-nucleation-and-growth-of-palladium-metal-nanoparticles

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Transition Metals and Coordination Complexes

SCIENTISTS IN ACTION

10.3K Views.  Virginia Polytechnic Institute and State University. המטרה העיקרית של עבודה זו היא להבהיר את התפקיד בהגבלת סוכנים בוויסות בגודל של פלדיום חלקיקים על-ידי שילוב אניn באתרו זווית קטנה רנטגן פיזור (SAXS) מבוסס-ליגנד דוגמנות קינטי.

Video: Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and technological applications. Their signature property is their ultrahigh porosity, which however imparts a series of challenges when it comes to both constructing them and working with them. Securing desired MOF chemical and physical functionality by linker/node assembly into a highly porous framework of choice can pose difficulties, as less porous and more thermodynamically stable congeners (e.g., other crystalline polymorphs, catenated analogues) are often preferentially obtained by conventional synthesis methods. Once the desired product is obtained, its characterization often requires specialized techniques that address complications potentially arising from, for example, guest-molecule loss or preferential orientation of microcrystallites. Finally, accessing the large voids inside the MOFs for use in applications that involve gases can be problematic, as frameworks may be subject to collapse during removal of solvent molecules (remnants of solvothermal synthesis). In this paper, we describe synthesis and characterization methods routinely utilized in our lab either to solve or circumvent these issues. The methods include solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries, and materials activation (cavity evacuation) by supercritical CO2 drying. Finally, we provide a protocol for determining a suitable pressure region for applying the Brunauer-Emmett-Teller analysis to nitrogen isotherms, so as to estimate surface area of MOFs with good accuracy.

Synthesis, activation, and characterization of intentionally designed metal-organic framework materials is challenging, especially when building blocks are incompatible or unwanted polymorphs are thermodynamically favored over desired forms. We describe how applications of solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries and activation via supercritical CO2 drying, can address some of these challenges.

מסגרות סינתזה ואפיון של פונקציונליות מתכת אורגנית

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and ...

Using Polystyrene-block-poly(acrylic acid)-coated Metal Nanoparticles as Monomers for Their Homo- and Co-polymerization

We present a template-free method for &#8220;polymerizing&#8221; nanoparticles into long chains without side branches. A variety of nanoparticles are encapsulated in polystyrene-block-poly(acrylic acid) (PSPAA) shells and then used as monomers for their self-assembly. Spherical PSPAA micelles upon acid treatment are known to assemble into cylindrical micelles. Exploiting this tendency, the core-shell nanoparticles are induced to aggregate, coalesce, and then transform into long chains. When more than one type of nanoparticles are used, random and block &#8220;copolymers&#8221; of nanoparticles can be obtained. Detailed procedures are reported for the PSPAA encapsulation of nanoparticles, homo- and co-polymerization of the core-shell nanoparticles, separation and purification of the resulting nanoparticle chains. Transformations of single-line chains into double- and triple-line chains are also presented. The synergy between the polymer shell and the embedded nanoparticles leads to an unusual chain-growth polymerization mode, giving long nanoparticle chains that are distinct from the products of the traditional step-growth aggregation process.

Using Polystyrene-block-polyacrylic acid-coated Metal Nanoparticles as Monomers for Their Homo- and Co-polymerization

We report protocols for &#8220;polymerizing&#8221; various types of polymer-encapsulated metal nanoparticles into long chains of &#8220;homo-&#8220; and &#8220;co-polymers&#8221;.

באמצעות Polystyrene-<em&gt; בלוק</em&gt; -poly (חומצה אקרילית) -coated מתכת חלקיקים כמו מונומרים להומו- ושיתוף פילמור

We present a template-free method for &#8220;polymerizing&#8221; nanoparticles into long chains without side branches. A variety of nanoparticles are ...

Reverse Microemulsion-mediated Synthesis of Monometallic and Bimetallic Early Transition Metal Carbide and Nitride Nanoparticles

A reverse microemulsion is used to encapsulate monometallic or bimetallic early transition metal oxide nanoparticles in microporous silica shells. The silica-encapsulated metal oxide nanoparticles are then carburized in a methane/hydrogen atmosphere at temperatures over 800 &#176;C to form silica-encapsulated early transition metal carbide nanoparticles. During the carburization process, the silica shells prevent the sintering of adjacent carbide nanoparticles while also preventing the deposition of excess surface carbon. Alternatively, the silica-encapsulated metal oxide nanoparticles can be nitridized in an ammonia atmosphere at temperatures over 800 &#176;C to form silica-encapsulated early transition metal nitride nanoparticles. By adjusting the reverse microemulsion parameters, the thickness of the silica shells, and the carburization/nitridation conditions, the transition metal carbide or nitride nanoparticles can be tuned to various sizes, compositions, and crystal phases. After carburization or nitridation, the silica shells are then removed using either a room-temperature aqueous ammonium bifluoride solution or a 0.1 to 0.5 M NaOH solution at 40-60 &#176;C. While the silica shells are dissolving, a high surface area support, such as carbon black, can be added to these solutions to obtain supported early transition metal carbide or nitride nanoparticles. If no high surface area support is added, then the nanoparticles can be stored as a nanodispersion or centrifuged to obtain a nanopowder.

A &#8220;removable ceramic coating method&#8221; is presented in visual format for the synthesis of non-sintered and metal-terminated monometallic and bimetallic early transition metal carbide and nitride nanoparticles with tunable sizes and crystal structures.

סינתזה בתיווך Microemulsion הפוכה של monometallic ובי-המתכתי המוקדם מעבר מתכת קרביד ניטריד חלקיקים

A reverse microemulsion is used to encapsulate monometallic or bimetallic early transition metal oxide nanoparticles in microporous silica shells. The ...

Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol

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.

Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-2-aminoethyl-3-aminosilanetriol

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

הדור של Zerovalent מתכת Core חלקיקים שימוש n- (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol

In this work, a facile one-pot reaction for the formation of metal nanoparticles in a water solution through the use of ...

Photochemical Oxidative Growth of Iridium Oxide Nanoparticles on CdSe@CdS Nanorods

We demonstrate a procedure for the photochemical oxidative growth of iridium oxide catalysts on the surface of seeded cadmium selenide-cadmium sulfide (CdSe@CdS) nanorod photocatalysts. Seeded rods are grown using a colloidal hot-injection method and then moved to an aqueous medium by ligand exchange. CdSe@CdS nanorods, an iridium precursor and other salts are mixed and illuminated. The deposition process is initiated by absorption of photons by the semiconductor particle, which results with formation of charge carriers that are used to promote redox reactions. To insure photochemical oxidative growth we used an electron scavenger. The photogenerated holes oxidize the iridium precursor, apparently in a mediated oxidative pathway. This results in the growth of high quality crystalline iridium oxide particles, ranging from 0.5 nm to about 3 nm, along the surface of the rod. Iridium oxide grown on CdSe@CdS heterostructures was studied by a variety of characterization methods, in order to evaluate its characteristics and quality. We explored means for control over particle size, crystallinity, deposition location on the CdS rod, and composition. Illumination time and excitation wavelength were found to be key parameters for such control. The influence of different growth conditions and the characterization of these heterostructures are described alongside a detailed description of their synthesis. Of significance is the fact that the addition of iridium oxide afforded the rods astounding photochemical stability under prolonged illumination in pure water (alleviating the requirement for hole scavengers).

A protocol for the photochemical oxidative growth of small crystalline iridium oxide nanoparticles on the surface of CdSe@CdS seeded rod nanoparticles is presented.

צמיחת פוטו חמצונים של חלקיקים אירידיום תחמוצת על Nanorods CdSe @ התקליטורים

We demonstrate a procedure for the photochemical oxidative growth of iridium oxide catalysts on the surface of seeded cadmium selenide-cadmium sulfide ...

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

Micro-analytical techniques based on chemical element imaging enable the localization and quantification of chemical composition at the cellular level. They offer new possibilities for the characterization of living systems and are particularly appropriate for detecting, localizing and quantifying the presence of metal oxide nanoparticles both in biological specimens and the environment. Indeed, these techniques all meet relevant requirements in terms of (i) sensitivity (from 1 up to 10 &#181;g.g-1 of dry mass), (ii) micrometer range spatial resolution, and (iii) multi-element detection. Given these characteristics, microbeam chemical element imaging can powerfully complement routine imaging techniques such as optical and fluorescence microscopy. This protocol describes how to perform a nuclear microprobe analysis on cultured cells (U2OS) exposed to titanium dioxide nanoparticles. Cells must grow on and be exposed directly in a specially designed sample holder used on the optical microscope and in the nuclear microprobe analysis stages. Plunge-freeze cryogenic fixation of the samples preserves both the cellular organization and the chemical element distribution. Simultaneous nuclear microprobe analysis (scanning transmission ion microscopy, Rutherford backscattering spectrometry and particle induced X-ray emission) performed on the sample provides information about the cellular density, the local distribution of the chemical elements, as well as the cellular content of nanoparticles. There is a growing need for such analytical tools within biology, especially in the emerging context of Nanotoxicology and Nanomedicine for which our comprehension of the interactions between nanoparticles and biological samples must be deepened. In particular, as nuclear microprobe analysis does not require nanoparticles to be labelled, nanoparticle abundances are quantifiable down to the individual cell level in a cell population, independently of their surface state.

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

We describe a procedure for the detection of chemical elements present in situ in human cells as well as their in vitro quantification. The method is well-suited to any cell type and is particularly useful for quantitative chemical analyses in single cells following in vitro metal oxide nanoparticles exposure.

בחיי עיר זיהוי, כימות תא בודד של תחמוצת מתכת חלקיקים באמצעות ניתוח Microprobe גרעיני

Micro-analytical techniques based on chemical element imaging enable the localization and quantification of chemical composition at the cellular level. ...

High Resolution Physical Characterization of Single Metallic Nanoparticles

Individual molecules can be detected and characterized by measuring the degree by which they reduce the ionic current flowing through a single nanometer-scale pore. The signal is characteristic of the molecule&#39;s physicochemical properties and its interactions with the pore. We demonstrate that the nanopore formed by the bacterial protein exotoxin Staphylococcus aureus alpha hemolysin (&#945;HL) can detect polyoxometalates (POMs, anionic metal oxygen clusters), at the single molecule limit. Moreover, multiple degradation products of 12-phosphotungstic acid POM (PTA, H3PW12O40) in solution are simultaneously measured. The single molecule sensitivity of the nanopore method allows for POMs to be characterized at significantly lower concentrations than required for nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. This technique could serve as a new tool for chemists to study the molecular properties of polyoxometalates or other metallic clusters, to better understand POM synthetic processes, and possibly improve their yield. Hypothetically, the location of a given atom, or the rotation of a fragment in the molecule, and the metal oxidation state could be investigated with this method. In addition, this new technique has the advantage of allowing the real-time monitoring of molecules in solution.&#160;

Here, we present a protocol to detect discrete metal oxygen clusters, polyoxometalates (POMs), at the single molecule limit using a biological nanopore-based electronic platform. The method provides a complementary approach to traditional analytical chemistry tools used in the study of these molecules.

אפיון פיסי ברזולוציה גבוהה של חלקיקים מתכתיים בודדים

Individual molecules can be detected and characterized by measuring the degree by which they reduce the ionic current flowing through a single ...

Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. Here, we introduce the molten-salt synthesis (MSS) method for making metal oxide nanomaterials. Advantages over other methods include its simplicity, greenness, reliability, scalability, and generalizability. Using pyrochlore lanthanum hafnium oxide (La2Hf2O7) as a representative, we describe the MSS protocol for the successful synthesis of complex metal oxide nanoparticles (NPs). Furthermore, this method has the unique ability to produce NPs with different material features by changing various synthesis parameters such as pH, temperature, duration, and post-annealing. By fine-tuning these parameters, we are able to synthesize highly uniform, non-agglomerated, and highly crystalline NPs. As a specific example, we vary the particle size of the La2Hf2O7&#160;NPs by changing the concentration of the ammonium hydroxide solution used in the MSS process, which allows us to further explore the effect of particle size on various properties. It is expected that the MSS method will become a more popular synthesis method for nanomaterials and more widely employed in the nanoscience and nanotechnology community in the upcoming years.

Here, we demonstrate a unique, relatively low-temperature, molten-salt synthesis method for preparing uniform complex metal oxide lanthanum hafnate nanoparticles.

מלח מותכת סינתזה של חלקיקי תחמוצת מתכת מורכבים

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. ...

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Gold nanoparticles covered with a mixture of 1-octanethiol (OT) and 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) have been extensively studied because of their interactions with cell membranes, lipid bilayers, and viruses. The hydrophilic ligands make these particles colloidally stable in aqueous solutions and the combination with hydrophobic ligands creates an amphiphilic particle that can be loaded with hydrophobic drugs, fuse with the lipid membranes, and resist nonspecific protein adsorption. Many of these properties depend on nanoparticle size and the composition of the ligand shell. It is, therefore, crucial to have a reproducible synthetic method and reliable characterization techniques that allow the determination of nanoparticle properties and the ligand shell composition. Here, a one-phase chemical reduction, followed by a thorough purification to synthesize these nanoparticles with diameters below 5 nm, is presented. The ratio between the two ligands on the surface of the nanoparticle can be tuned through their stoichiometric ratio used during synthesis. We demonstrate how various routine techniques, such as transmission electron microscopy (TEM), nuclear magnetic resonance (NMR), thermogravimetric analysis (TGA), and ultraviolet-visible (UV-Vis) spectrometry, are combined to comprehensively characterize the physicochemical parameters of the nanoparticles.

Amphiphilic gold nanoparticles can be used in many biological applications. A protocol to synthesize gold nanoparticles coated by a binary mixture of ligands and a detailed characterization of these particles is presented.

סינתזה ואפיון חלקיקי זהב אמפיפילי

Gold nanoparticles covered with a mixture of 1-octanethiol (OT) and 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) have been extensively studied because of ...

Synthesis Method for Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels

Here, a method to synthesize cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels is presented. Noble metal aerogel synthesis methods often result in fragile aerogels with poor shape control. The use of carboxymethylated cellulose nanofibers (CNFs) to form a covalently bonded hydrogel allows for the reduction of metal ions such as palladium on the CNFs with control over both nanostructure and macroscopic aerogel monolith shape after supercritical drying. Crosslinking the carboxymethylated cellulose nanofibers is achieved using 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC) in the presence of ethylenediamine. The CNF hydrogels maintain their shape throughout synthesis steps including covalent crosslinking, equilibration with precursor ions, metal reduction with high concentration reducing agent, rinsing in water, ethanol solvent exchange, and CO2 supercritical drying. Varying the precursor palladium ion concentration allows for control over the metal content in the final aerogel composite through a direct ion chemical reduction rather than relying on the relatively slow coalescence of pre-formed nanoparticles used in other sol-gel techniques. With diffusion as the basis to introduce and remove chemical species into and out of the hydrogel, this method is suitable for smaller bulk geometries and thin films. Characterization of the cellulose nanofiber-palladium composite aerogels with scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, thermal gravimetric analysis, nitrogen gas adsorption, electrochemical impedance spectroscopy, and cyclic voltammetry indicates a high surface area, metallized palladium porous structure.

A synthesis method for cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels is presented.The resulting composite aerogel materials offer potential for catalysis, sensing, and hydrogen gas storage applications.

שיטת הסינתזה של הננו-סיבים תאית ביותבניות פלדיום מרוכבים

Here, a method to synthesize cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels is presented. Noble metal aerogel synthesis methods often ...