Name: visible-light induced reduction of graphene oxide using plasmonic nanoparticle
Uploaded: 2015-09-22T16:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 24 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle at JoVE.com

この作品は、韓国国立研究財団（2013R1A1A1061387）とKU-KISTの研究資金によってサポートされていました。

前駆体の調製<ol><li>酸化グラフェン（GO）の調製<ol><li>変更されたハマーの方法14を使用して準備をGO <ol><li>濃H 2の混合物にグラファイトフレークを3.0g加えるSO 3 PO 4 / H 4（360：40 ml）を室温で。 （注：特別な注意は、強酸、H 2 SO 4、H 3 PO 4を使用しながら、注意しなければなりません。） </li><li>ゆっくり攪拌しながらのKMnO 4（18.0 g）を加え、氷浴で冷却し、&lt;35℃で反応混合物の温度を維持します。 （増加した反応時間との粘着性ソリューションは、効率的な攪拌を維持するために適切な方法を使用する必要があります。）（注：特別な注意が発熱反応にのKMnO 4を加えながら、注意しなければなりません。） </li><li> 50℃で12時間撹拌し、次いでRTに冷却し、氷（400 ml）を上に反応混合物を注ぎ、30％H 2 O 2（3 ml）を含有します。 </li><li> Rをフィルタ上清を除去するために、未反応のグラファイトと遠心分離機ろ液（2時間4722 XG速度）を除去するために、金属米国標準テストふるい（300μm）を使用してeaction混合物。 </li><li> 、水200ml、30％塩酸200mlで遠心分離工程を繰り返して200mlのエタノール、および5.0から6.0での溶液の範囲のpHになるまで再び水を蒸留しました。 </li><li>ふわふわGO粉末を製造するための最終的な解決策を凍結乾燥。 </li><li> 、ナノサイズのGOソリューションを作る三重蒸留水（&gt; 18MΩ）40mlにGO粉末20mgを溶解した後、全体のサイズ分布になるまで長時間の超音波処理（35％振幅、500 W、2時間）により剥離するために150nmの下には、沈殿物（未剥離大GOシート）を除去するために、それを2回（10625 XG速度、15分）を遠心します。 </li></ol></li></ol></li><li>プラズモニックナノ粒子の作製<ol><li> AuNPsの調製<ol><li>クエン酸で安定化し、球状の金ナノ粒子（AUN30nmの粒子サイズのPS、OD = 1.0）、R-GOの減少のために使用しました。 </li></ol></li><li> AuNRs 15の調製<ol><li> 0.1 M臭化セチルトリメチルアンモニウムのHAuCl 4（0.01 M）の0.25 mlおよび9.75 mlの（CTABの混合水溶液のコンへのNaBH 4溶液 （0.01 M）の新たに調製した0.6 mlの氷冷溶液を添加することにより、シード溶液を調製します）。 </li><li> 0.5分間激しく得られた混合物を攪拌し、その後、3時間28℃で保管してください。 </li><li> CTABの475ミリリットル（0.1 M）、 硝酸銀 （0.01 M）の3ミリリットルとのHAuCl 4の20ミリリットル（0.01 M）を混合することによって成長溶液を準備します。 </li><li>その後、新たにHCl水溶液（1.0 M）溶液0.8mlを加え、続いて混合物にアスコルビン酸（0.01 M）3.2 mlで調製加えます。 </li><li>最後のステップでは28で成長溶液に種溶液の3.2ミリリットルを追加します C°と数秒間素早く反転に反応混合物を供します。最後に、KE少なくとも6時間邪魔されず、得られた混合物を、EP。 </li><li> （一般的にλmax及びアスペクト比はそれぞれ730 nmおよび3.5、であることが判明した）UV-可視吸収極大用分光法（λmax）が及びTEM分析を用いて調製AuNRsを分析します。 </li></ol></li><li> AuNSs 16の調製<ol><li> 100mMの濃度の4-（2-ヒドロキシエチル）-1-ピペラジンエタンスルホン酸（HEPES）のストック水溶液を調製し、1.0 M NaOH溶液を加えることによって、25℃でpHを7.4に調整します。 </li><li> 2- [4-（2-ヒドロキシエチル）-1-ピペラジニル]エタンスルホン酸（100ミリモル）の30 mlのリン酸緩衝液（100ミリモル）を20mlを混合します。 </li><li>その後、上記混合物に塩化金（III）三水和物（20ミリモル）の500μlを添加し、水浴中で30分間28.5℃で保ちます。 30分後、淡黄色から緑がかった青に溶液の色の変化を観察することができました。 </li><li> 30分間8928×gでの速度で溶液を遠心分離し、分散させます蒸留水に沈殿します。 </li><li>最後に、それぞれ、740 nmおよび30 nmであることが見出された粒子サイズの確認のための吸収極大（λmax）が、およびTEM分析のためのUV-可視分光法を用いて調製しAuNSs分析。 </li></ol></li></ol></li></ol>可視光とAuNPsを使用してR-GOの調製<ol><li> （AuNRs 750 nmでのAbs 1.0、AuNPsのための520 nmでのAbs 1.0、およびABS 1.0それぞれAuNSsための730 nmで、で）プラズモニックナノ粒子の1ミリリットルを追加し、（％w / vの28％）の水酸化アンモニウム100μlに水循環ジャケット付きパイレックスガラス反応器に入れGO溶液10ml（230ナノメートル、0.125ミリグラムmlの-1の OD 1.0）。 </li><li> 25℃の温度を維持し、その後15分間、10625×gでの速度で溶液を遠心分離する水循環ジャケットを介して水の循環で30分間Xeランプ（1.56 W cmのパワー密度-2）との混合物を照射します金ナノ粒子を除去します。 </li><li>含有する上清を取る準備R-GO 200-900ナノメートルの範囲内（270 nmの特徴的な吸収帯を示すべきであるR-GO）UV-可視分光光度計を用いて分析すること。 </li></ol> R-GOソリューションの使用17 3.標的DNAの検出<ol><li>蛍光消光のために、GOまたはGO25μlの（0.125を含むR-GO溶液に10 -6 MのCy3-修正のssDNA（5&#39;-ATC CTT ATC AAT ATT TAA、CAA TAA TCC CTC-Cy3-3 &#39;）の20μlを添加MGは、ML-1）0.3 M PBS溶液（10mMリン酸緩衝液、0.3 M NaCl）での1955μLのR-GO（0.125ミリグラムmlの-1）と室温で10分間インキュベートします。 </li><li>分光蛍光光度計（λexの= 529 nm）のこれらのサンプルの蛍光強度を測定します。 </li><li>ターゲット検出のために、3つの異なる濃度（10 -6 &lt;における標的オリゴヌクレオチド溶液（5&#39;-GAG GGA TTA、TTG TTA AAT ATT GAT AAG GAT- 3 &#39;）の200μlを添加します/ SUP&gt; M、10 -6 MのssDNA-Cy3の20μlの、GOまたはr-GOの25μLを含むGOまたはr-GO溶液中に10 -7 M、10 -8 M）（0.125ミリグラムmlの-1）蛍光回復実験のため、0.3MのPBS、および1755μL。17 注意： 光源＆リアクター 可視光（400から780 nm）のソース。可視光は、キセノンランプ（1.56 W / cm 2の電力）を使用して、GO溶液を含むパイレックスガラス反応器（窓直径= 1.1センチメートル）を介して照射します。反応器に適用される光子のエネルギーは、毎分4.8×10 21光子（ 図2A-2C）と計算されます。 近赤外（NIR）レーザー。 0.36 W / cm 2の出力密度、およびGOの還元反応（ 図2E）のための近赤外光の光源として使用されているナノメートル808の動作波長を有するNIRレーザ（ウィンドウ径= 13.2センチメートル）。光子エネルギーは、毎分2.43×10 21光子と計算されます。 REACTOR：パイレックスガラス反応器（窓直径= 1.1 cmで、反応容量= 10mL）で、水循環ジャケットを備え、可視光および近赤外光の両方に使用されるGOの還元反応（ 図2F）を照射します。 </li></ol>

<ol>
	<li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electric+Field+Effect+in+Atomically+Thin+Carbon+Films.">Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films.</a> Science. 306 (5696), 666-669 (2004).</li><li>Obraztsov, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+Vapour+Deposition+Making+Graphene+on+a+Large+Scale.">Chemical Vapour Deposition Making Graphene on a Large Scale.</a> Nat Nanotechnol. 4 (4), 212-213 (2009).</li><li>Choi, W., Lahiri, I., Seelaboyina, R., Kang, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+Graphene+and+Its+Applications+A+Review.">Synthesis of Graphene and Its Applications A Review.</a> Crit Rev Solid State Mater Sci. 35 (1), 52-71 (2010).</li><li>Zhou, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructuring+of+Graphene+Oxide+Nanosheets+Using+Direct+Laser+Writing.">Microstructuring of Graphene Oxide Nanosheets Using Direct Laser Writing.</a> Adv Mater. 22 (1), 67-71 (2010).</li><li>Stankovich, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+Based+Composite+Materials.">Graphene Based Composite Materials.</a> Nature. 442 (7100), 282-286 (2006).</li><li>Becerril, H. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+Solution-Processed+Reduced+Graphene+Oxide+Films+as+Transparent+Conductors.">Evaluation of Solution-Processed Reduced Graphene Oxide Films as Transparent Conductors.</a> ACS Nano. 2 (3), 463-470 (2008).</li><li>Wang, X., Zhi, L., M&#252;llen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transparent+Conductive+Graphene+Electrodes+for+Dye+Sensitized+Solar+Cells.">Transparent Conductive Graphene Electrodes for Dye Sensitized Solar Cells.</a> Nano Lett. 8 (1), 323-327 (2007).</li><li>Sungjin, P., Ruoff, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+Methods+for+the+Production+of+Graphenes.">Chemical Methods for the Production of Graphenes.</a> Nat Nanotechnol. 4 (4), 217-224 (2009).</li><li>Akhavan, O., Ghaderi, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photocatalytic+Reduction+of+Graphene+Oxide+Nanosheets+on+TiO2+Thin+Film+for+Photoinactivation+of+Bacteria+in+Solar+Light+Irradiation.">Photocatalytic Reduction of Graphene Oxide Nanosheets on TiO2 Thin Film for Photoinactivation of Bacteria in Solar Light Irradiation.</a> J Phys Chem C. 113 (47), 20214-20220 (2009).</li><li>Huang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed+Laser+Assisted+Reduction+of+Graphene+Oxide.">Pulsed Laser Assisted Reduction of Graphene Oxide.</a> Carbon. 49 (7), 2431-2436 (2011).</li><li>Cote, L. J., Cruz-Silva, R., Huang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flash+Reduction+and+Patterning+of+Graphite+Oxide+and+Its+Polymer.">Flash Reduction and Patterning of Graphite Oxide and Its Polymer.</a> Composite. J. Am. Chem. Soc. 131 (31), 11027-11032 (2009).</li><li>Wu, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+plasmon+resonance-induced+visible+light+photocatalytic+reduction+of+graphene+oxide:+Using+Ag+nanoparticles+as+a+plasmonic+photocatalyst.">Surface plasmon resonance-induced visible light photocatalytic reduction of graphene oxide: Using Ag nanoparticles as a plasmonic photocatalyst.</a> Nanoscale. 3 (5), 2142-2144 (2011).</li><li>Kumar, D., Kaur, S., Lim, D. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmon-assisted+and+visible-light+induced+graphene+oxide+reduction+and+efficient+fluorescence+quenching.">Plasmon-assisted and visible-light induced graphene oxide reduction and efficient fluorescence quenching.</a> Chem. Commun. 50 (88), 13481-13484 (2014).</li><li>Gilje, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photothermal+Deoxygenation+of+Graphene+Oxide+for+Patterning+and+Distributed+Ignition+Applications.">Photothermal Deoxygenation of Graphene Oxide for Patterning and Distributed Ignition Applications.</a> Adv. Mater. 22 (3), 419-423 (2010).</li><li>Cote, L. J., Kim, F., Huang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Langmuir&#8722;Blodgett+Assembly+of+Graphite+Oxide+Single+Layers.">Langmuir&#8722;Blodgett Assembly of Graphite Oxide Single Layers.</a> J. Am. Chem. Soc. 131 (3), 1043-1049 (2008).</li><li>Ming, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Evidence+of+Plasmophores:+Plasmon-Directed+Polarized+Emission+from+Gold+Nanorod&#8211;Fluorophore+Hybrid+Nanostructures.">Experimental Evidence of Plasmophores: Plasmon-Directed Polarized Emission from Gold Nanorod&#8211;Fluorophore Hybrid Nanostructures.</a> Nano Lett. 11 (6), 2296-2303 (2011).</li><li>Xie, J., Lee, J. Y., Seedless Wang, D. I. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surfactantless,+High-Yield+Synthesis+of+Branched+Gold+Nanocrystals+in+HEPES+Buffer+Solution.">Surfactantless, High-Yield Synthesis of Branched Gold Nanocrystals in HEPES Buffer Solution.</a> Chem. Mater. 19 (11), 2823-2830 (2007).</li><li>Ferrari, A. C., Robertson, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resonant+Raman+spectroscopy+of+disordered,+amorphous,+and+diamond+like+carbon.">Resonant Raman spectroscopy of disordered, amorphous, and diamond like carbon.</a> Phys. Rev. B. 64 (7), 075414-1-075414-13 (2000).</li><li>Tian, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One&#8211;pot+green+hydrothermal+synthesis+of+CuO&#8211;Cu2O&#8211;Cu+nanorod&#8211;decorated+reduced+graphene+oxide+composites+and+their+application+in+photocurrent+generation.">One&#8211;pot green hydrothermal synthesis of CuO&#8211;Cu2O&#8211;Cu nanorod&#8211;decorated reduced graphene oxide composites and their application in photocurrent generation.</a> Catal. Sci. Technol. 2 (11), 2227-2230 (2012).</li><li>Liu, S., Tian, J., Wang, L., Sun, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+for+the+production+of+reduced+graphene+oxide+using+benzylamine+as+a+reducing+and+stabilizing+agent+and+its+subsequent+decoration+with+Ag+nanoparticles+for+enzymeless+hydrogen+peroxide+detection.">A method for the production of reduced graphene oxide using benzylamine as a reducing and stabilizing agent and its subsequent decoration with Ag nanoparticles for enzymeless hydrogen peroxide detection.</a> CARBON. 49 (10), 3158-3164 (2011).</li><li>Tian, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Environmentally+Friendly,+One&#8211;Pot+Synthesis+of+Ag+Nanoparticle+Decorated+Reduced+Graphene+Oxide+Composites+and+Their+Application+to+Photocurrent+Generation.">Environmentally Friendly, One&#8211;Pot Synthesis of Ag Nanoparticle Decorated Reduced Graphene Oxide Composites and Their Application to Photocurrent Generation.</a> Inorg. Chem. 51 (8), 4742-4746 (2012).</li><li>Tian, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three&#8211;Dimensional+Porous+Supramolecular+Architecture+from+Ultrathin+gC3N4+Nanosheets+and+Reduced+Graphene+Oxide:+Solution+Self-Assembly+Construction+and+Application+as+a+Highly+Efficient+Metal&#8211;Free+Electrocatalyst+for+Oxygen+Reduction+Reaction.">Three&#8211;Dimensional Porous Supramolecular Architecture from Ultrathin gC3N4 Nanosheets and Reduced Graphene Oxide: Solution Self-Assembly Construction and Application as a Highly Efficient Metal&#8211;Free Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction.</a> ACS Appl. Mater. Interfaces. 6 (2), 1011-1017 (2014).</li><li>Liu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stable+Aqueous+Dispersion+of+Graphene+Nanosheets:+Noncovalent+Functionalization+by+a+Polymeric+Reducing+Agent+and+Their+Subsequent+Decoration+with+Ag+Nanoparticles+for+Enzymeless+Hydrogen+Peroxide+Detection.">Stable Aqueous Dispersion of Graphene Nanosheets: Noncovalent Functionalization by a Polymeric Reducing Agent and Their Subsequent Decoration with Ag Nanoparticles for Enzymeless Hydrogen Peroxide Detection.</a> Macromolecules. 43 (23), 10078-10083 (2010).</li><li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photocatalytic+synthesis+of+highly+dispersed+Pd+nanoparticles+on+reduced+graphene+oxide+and+their+application+in+methanol+electro&#8211;oxidation.">Photocatalytic synthesis of highly dispersed Pd nanoparticles on reduced graphene oxide and their application in methanol electro&#8211;oxidation.</a> Catal. Sci. Technol. 2 (6), 1153-1156 (2012).</li></ol>

我々は、開示することは何もありません。

金ナノ粒子（AuNPs、AuNSs＆AuNRs）との30分間のGOソリューションへの可視光照射は、光黄褐色から黒色（ 図1）への急速な色の変化を示しました。高収率で高純度のR-GOの製品を得るために、2つの重要な要因があるに従う必要があります。 AuNPsが強く、他の構造（ すなわち 、AuNRs、AuNSs）の間で、可視光を吸収することができるので、一つは、効率的なプラズモニック触媒としてAuNPsの使用です。もう一つは、ナノ粒子を含まない高純度のR-GOの製品を得るために、ナノサイズのGOソリューションを使用することです。光触媒として使用されるプラズモニックナノ粒子は、完全に15分間10625×gでの速度で簡単な遠心分離工程を適用することにより容易に達成されており、削除する必要があります。しかし、これを行うには、R-GO（&gt; 500 nm）での大きな用紙サイズは、製品（R-GO）の大きな損失につながる金ナノ粒子でダウン遠心分離することができます。そのため、ナノサイズのGOソリューションを使用して（平均シートサイズ&lt;150ナノサイズのR-GOは、通常の遠心分離条件 （すなわち、15分間10625×gでの速度）を使用してダウン遠心分離することができないため、-200 nm）は、非常に重要です。 したがって、AuNPsの使用およびナノサイズのGOソリューションを使用すると、高収率で高純度のR-GOの溶液を得るために重要な要因です。生成物の粉末形態を得るためには、追加の凍結乾燥工程を行う必要があります。 R-GOの成功形成を確認するために、UVスペクトルの測定は、簡単な方法のいずれかになります。 270 nmの230nmでのUV-Visスペクトルで赤方偏移は、r-GOに入るの変換が成功した （図3C）の明確な指示の一つです。 図3（b）＆（c）に示すように使用される金ナノ粒子の完全な除去を確認するには、紫外-可視およびHR-TEM分析を用いた測定も必要です。 GOで26.48でグラファイトピークの消失および1時（001）ピークXRDスペクトルでGOに対応する0.2は、r-GO（ 図4A）の成功した形成を示しました。 GOおよびr-GO化学的方法によって調製または図4Bに表示される光誘発法は、ラマン分光法によって定性的に分析しました。注文したのsp 2結合炭素に対応する無秩序構造とエッジ面とGバンドに対応するDバンドは、GOのラマンスペクトルでは、それぞれ、1327センチメートル-1と1590センチメートル-1に現れた。18 DとGバンド1336で1592センチメートル-1も化学的に還元GOのラマンスペクトルに存在したと、可視光を低減し、GOとプラズモン支援可視光は、GOの削減を照射照射しました。 D / G強度比（I D / I G）は （NPSなしに、またはと化学的方法または光誘導方法によって調製GOの1.03、1.13、1.12、1.13、1.13および1.13であることが判明し、R-GOましたAuNRs、AuNPs、およびAuNSs）、それぞれ。 XPS分析は、r-GO製品にGOの変換が成功したことを確認するための最も説得力および定量分析方法です。各要素（炭素と酸素）の強度に基づいて、C / O比は（1.95、4.81、3.74、およびGO、R-GO（ヒドラジン）、R-GOの5.19（HVのみ）、およびrであることが判明しました-GO（HV + AuNPs）、それぞれ（ 図5）。 R-GO合成のための現在の方法の可能な制限は、そのような反応のためのXeランプなど、必要な光源です。しかし、この制限のための1つ、可能な有望と究極のソリューションは、太陽の光は、主に紫外線、可視光で構成されているので、光源として太陽光を使用することです。この場合には、より長い照射時間は、一つの可能​​な問題であることが期待されます。 R-GOの多数の潜在的な用途があり、バイオアプリケーションの重要な特性の一つは19-24 R-GOの効果を蛍光消光です。このプロトコルでは、我々敏感なDNA検出スキームのためのR-GOを使用しての簡単なアプリケーションを説明しました。 図6にその結果を記載したように、R-GOは、可視光とプラズモンナノ粒子を用いて調製したr-GO化学的方法（ 図6B）により調製と比較して、標的DNAの存在下での蛍光消光及び回収のための優れた特性を示しました。 このプロトコルでは、可視光とその分析方法やアプリケーションを使用して、R-GOのための簡単​​な合成法を説明しました。議論したように、この方法の将来の変更は、反応のための最も環境に優しいエネルギー源とみなさ太陽の光の使用となります。

<html>最初に開発スコッチテープベースの方法1及び化学気相堆積2は、グラフェンの自然のままの状態を生成するための優れた方法であったが、広い面積を有する表面上の大規模なグラフェンの合成またはグラフェン層の形成はの主要な制限であると見なされてきました以前の方法。大規模なR-GO合成のための可能な解決策の3つが最初に強力な酸化剤との反応を必要とする湿式化学合成法となり、このようなシートをGO生成する超音波処理、及びそのような酸素官能基の最終的削減など広範囲の物理的処理GOのようなヒドロキシ基、エポキシド基とカルボニル基、元の物理的特性を回復するために必要不可欠である。4ほとんど、GOの減少は、化学ヒドラジンを用いる方法、またはその誘導体5のいずれかで、または熱処理方法（550-1,100度行いました不活性または還元性雰囲気中のC）。6 jove_content &quot;&gt;これらのプロセスは、有毒化学物質、R-GO合成のための総エネルギー需要が増加し、長い反応時間および高い温度を必要とする。7このようなUV誘発、8光熱プロセスとしてフォト照射還元プロセスは、パルスキセノンを使用している間フラッシュ、9パルスレーザは、カメラフラッシュライトで10及び光熱加熱アシスト11はまた 、R-GOの調製のために報告されている。UVまたはパルスの使用に伝播光誘導方法の一般的に、低い変換効率可視光および/または近赤外の領域におけるプラズモニックナノ粒子の高い光子エネルギーを提供することができ、レーザー照射。可視光の低い光子エネルギーは、その使用を制限し、R-GOの合成のための多くを魅了していない。優れた光吸収特性を大幅に現在の欠点を改善することができますR-GO合成の可視光の使用。12,13温和な反応条件、短い反応時間および毒性CHの限定使用emicalsは有用な代替方法として、GOの光触媒還元を支援し、可視光誘起されるプラズモンを作ることができます。 本発明の方法では、プラズモニックナノ粒子と可視光を使用して、効率的でシンプルなR-GOの合成方法について説明します。反応の進行は、球状の金ナノ粒子（AuNPs）、金ナノロッド（AuNRs）、金nanostars（AuNSs）としてプラズモンナノ粒子の構造に強く依存することが見出されました。 AuNPsの使用は、GOの最も効率的な減少を示し、ナノ粒子は、繰り返し使用する（ 図1）のために容易に除去され、リサイクルされています。 rは、GO可視光を使用して合成し、AuNPsのと比較してほぼ同等の品質を示したR-GO種々の分析測定と蛍光消光/回復基づくDNA検出法を使用することによって実証されるように、周知の化学的方法（ヒドラジン）により調製。

<table><tbody><tr><td>Cy3 modifeid ssDNA</td><td>IDT(Iowa, USA)</td><td></td><td>HPLC purified by IDT</td></tr><tr><td>Gold nanoparticles (30&amp;#160;nm)</td><td>Ted Pella, Inc(Redding, CA, USA).</td><td>15706-20</td><td>colloidal solution</td></tr><tr><td>4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethane sulfonic acid (HEPES) (99.5%)</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)</td><td>7365-45-9</td><td></td></tr><tr><td>Gold(III) Chloride Hydrate (99.999%)</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)</td><td>&amp;nbsp;27988-77-8</td><td>strongly hygroscopic</td></tr><tr><td>Sodium Borohydride (99.99%)</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)</td><td>16940-66-2</td><td></td></tr><tr><td>Hexadecyltrimethylammonium bromide (&amp;ge;99%)</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)</td><td>57-09-0</td><td></td></tr><tr><td>L-Ascorbic Acid(&amp;ge;99.0%)</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)</td><td>50-81-7</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Chloride (99.5%)</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)</td><td>7647-14-5</td><td></td></tr><tr><td>Silver Nitrate&amp;nbsp; (&amp;ge;99.0%)</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)</td><td>7761-88-8</td><td></td></tr><tr><td>Graphite</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)</td><td>7782-42-5</td><td></td></tr><tr><td>Sulfuric acid</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)</td><td>7664-93-9</td><td></td></tr><tr><td>Phophoric acid</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)</td><td>7664-38-2</td><td></td></tr><tr><td>Potassium permanganate</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)</td><td>7722-64-7</td><td></td></tr><tr><td>Hydrogen peroxide</td><td>JUNSEI</td><td>23150-0350</td><td></td></tr><tr><td>Ammonium hydroxide</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)</td><td>1336-21-6</td><td></td></tr><tr><td>Xe-lamp</td><td>&amp;nbsp;Cermax, Waltham, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NIR Laser</td><td>Class-IV, Sanctity Laser, Shanghai, China&amp;nbsp;</td><td></td><td>6W (output power)</td></tr><tr><td>UV-Vis spectrophotometer&amp;nbsp;</td><td>S-3100, SINCO, South Korea</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Transmission Electron Microscopy</td><td>H-7650, Hitachi, Japan</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Spectro Fluorometer</td><td>Jasco FP-6500, Tokyo, Japan</td><td></td><td></td></tr><tr><td>X-ray Photoelectron Spectrometer</td><td>AXIS&amp;ndash;NOVA, KRATOS Inc., UK</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

visible-light induced reduction of graphene oxide using plasmonic nanoparticle

本研究は、プラズモニックナノ粒子で可視光照射を用いてRTで還元酸化グラフェン（R-GO）溶液を生成するための簡単​​な、無農薬、速く、エネルギー効率的な方法を示しています。プラズモンナノ粒子は、GOの還元効率を向上させるために使用されます。それだけXeランプを有する溶液を照射することにより、室温で30分を要し、R-GO溶液は完全に単純な遠心分離工程を経て金ナノ粒子を除去することにより得ることができます。他のナノ構造と比較して、球状の金ナノ粒子（AuNPs）は、R-GO準備に最適なプラズモニックナノ構造です。縮小グラフェン酸化物は、可視光を用いて調製し、AuNPsは、紫外 - 可視分光法、ラマン分光法、粉末XRD及びXPSのような様々な分析技術によってサポートされた化学的に還元グラフェン酸化物としても同様に定性的でした。可視光を用いて調製減少グラフェン酸化物は、フッ素にわたって優れた焼入れ性を示しますescent分子は、一本鎖DNAとターゲットDNA検出のための優れた蛍光回復に変更されました。 R-GOリサイクルAuNPsによって調製は、化学的に低減R-GOのそれと同じ品質であることが見出されています。プラズモニックナノ粒子の可視光の使用は、r-GO合成のための優れた代替方法を示しています。

図1は、r-GOの還元反応をベースと可視光とプラズモニックナノ粒子の全体的なスキームを示す。 図2は、反応のための楽器のセットアップを示します。反応後は、 図3Aに示すように使用される光触媒（AuNSs、AuNRs、またはAuNPs）を除去するために遠心分離工程を必要とされます。 HRTEM分析は、UV可視分析でRから約500〜800 nmの図3C、吸収帯に示すように確認することも可能である上清（R-GO）（ 図3B）、中のナノ粒子の完全な除去を示しています-GOとナノ粒子混合溶液を、R-GO製品におけるプラズモニックナノ粒子の完全な除去を示す遠心分離工程の後に姿を消しました。 R-GOの構造変化は、X線回折技術によって分析されています。 図4（a）に示すように 10.2でGOピークの消失が明らかにR-GOの形成を示しました。 D / G I図4（b）に示すように ntensity比GOの（I D / I G）及びR-GOなしまたはNPを用いて化学的方法または光誘導方法により製造される（AuNRsは、AuNPsとAuNSs）は、ラマン分析により測定しました。 R-GOの形成は、図5に示すように、サンプル間のXPS分析におけるC / O比を比較することによって、より定量的に確認された酸素（O）の面積％の炭素（C）の面積％を分割することにより、C /準備R-GOのO比は、C / O比の高い数は、r-GOの還元状態の高い程度を示す、計算することができました。 図5に示すように、GO、R-GO（化学ヒドラジンで還元）、R-GO（可視光のみ）、およびr-GO（可視光とプラズモニックナノ粒子）のC / O比は1.95、4.81、3.74でした、および5.19。これらの結果は、r-GOの準備のための可視光とプラズモニックナノ粒子ベースの方法の有用性を示します。 蛍光消光効率であり、r標的DNAの検出のためのecoveryは、r-GOバイオアプリケーションのための可能性を実証するために行われている。 図6Aは、GOでインキュベートした後のCy3変性DNAの要約蛍光発光スペクトルであり、R-GO 0.3 M PBS、減少強度の溶液R-GO、GOの効率的な消光効率を示しています。 R-GO AuNPsと可視光を用いて調製し、最も効果的なクエンチング効率を示しました。 Cy3で修飾されたDNAは、標的DNA（本論文では炭疽菌のDNA）と結合すると、Cy3で修飾されたDNAは、蛍光回復（ 図6B）が発生する、二本鎖を形成し、R-GOシートから分離することができます。これは、準備されたR-GO可視光とプラズモニックナノ粒子を使用して、化学的に減少したr-GOの物理的特性（ 図6）と良好で示していると考えられています。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53108/53108fig1.jpg" /> フィギュアR-GO合成1.反応スキーム。プラズモニックナノ粒子と可視光を使用して、R-GO合成の概略説明。 （参考文献の許可を得て再印刷する。13） <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53108/53108fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/53108/53108fig2.jpg" /> R-GOを調製するための反応器と、光源2の図。可視光源（Xeランプ）を備えたボックス内の水循環ジャケット（A）反応器、反応器（B）の拡大画像、（C）の写真穴は、反応器、（D）、Xeランプからの可視光のスペクトル、（E）反応装置でのNIRレーザー、（F）を反応器の側面図に可視光を導くために（パイレックスは、勝ちます<html>ダウ直径= 11 mm）である。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53108/53108fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/53108/53108fig3.jpg" /> 図3.写真、HR-TEM像とr-GOの紫外可視スペクトル。（A）R-GO、R-GO + AuNPs、R-GO + AuNRs、前後のR-GO + AuNSsソリューションの写真遠心分離、（B）R-GO液と沈殿物のHR-TEM像、UV-VisスペクトルR-GO + AuNPs混合物、R-GO + AuNRs混合物、およびr-GO + AuNSs混合物の前と後（C）遠心分離。 （参考文献の許可を得て再印刷する。13） <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53108/53108fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <html> S &quot;&gt; <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/53108/53108fig4.jpg" /> GOの図4.定性分析、準備R-GO（A）XRDデータ。 （B）GOのラマンスペクトルとr-GO化学的方法ととやAuNPs、AuNRs、およびAuNSsなし光誘起方法によって製造。 （参考文献の許可を得て再印刷する。13） <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53108/53108fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/53108/53108fig5.jpg" /> 図5のXPS分析R-GO。GO溶液（A）のXPS分析を、R-GO AuNPs（C）なしで、またはAuNPs（D）との化学的な方法（B）、および光誘導方法で調製された溶液を。 （参照の許可を得て再印刷する。13）ve.com/files/ftp_upload/53108/53108fig5large.jpg「ターゲット= &quot;_空白&quot;&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図6" src="/files/ftp_upload/53108/53108fig6.jpg" /> 標的DNAの種々の濃度を使用してGOを用いて図6蛍光消光及び蛍光回復分析のssDNA-のCy3の（A）蛍光消光及びr-GO化学的に還元または産可視光とプラズモンナノ粒子を用いて、（B）蛍光回復（10 - 7 M、10 -8 M、10 -9 M）。データは、手段は、標準偏差を±N = 4です。 （参考文献の許可を得て再印刷する。13） <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53108/53108fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>

Watch this Scientific Journal Video about Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle at JoVE.com

Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle

可視光とプラズモンナノ粒子を用いて還元酸化グラフェンを製造するための簡単​​な手順が記載されています。

プラズモニックナノ粒子を用いてグラフェン酸化物の可視光誘起削減

Present work demonstrates the simple, chemical free, fast, and energy efficient method to produce reduced graphene oxide (r-GO) solution at RT using ...

visible-light-induced-reduction-graphene-oxide-using-plasmonic

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

14.4K ビュー.  Korea University. 可視光とプラズモンナノ粒子を用いて還元酸化グラフェンを製造するための簡単​​な手順が記載されています。 

ビデオ: Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle

Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance

A nearly parallel array of pores can be produced by anodizing aluminum foils in acidic environments1, 2. Applications of anodic aluminum oxide (AAO) membranes have been under development since the 1990's and have become a common method to template the synthesis of high aspect ratio nanostructures, mostly by electrochemical growth or pore-wetting. Recently, these membranes have become commercially available in a wide range of pore sizes and densities, leading to an extensive library of functional nanostructures being synthesized from AAO membranes. These include composite nanorods, nanowires and nanotubes made of metals, inorganic materials or polymers 3-10. Nanoporous membranes have been used to synthesize nanoparticle and nanotube arrays that perform well as refractive index sensors, plasmonic biosensors, or surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) substrates 11-16, as well as a wide range of other fields such as photo-thermal heating 17, permselective transport 18, 19, catalysis 20, microfluidics 21, and electrochemical sensing 22, 23. Here, we report a novel procedure to prepare gold nanotubes in AAO membranes. Hollow nanostructures have potential application in plasmonic and SERS sensing, and we anticipate these gold nanotubes will allow for high sensitivity and strong plasmon signals, arising from decreased material dampening 15.

Solution-suspendable gold nanotubes with controlled dimensions can be synthesized by electrochemical deposition in porous anodic aluminum oxide (AAO) membranes using a hydrophobic polymer core. Gold nanotubes and nanotube arrays hold promise for applications in plasmonic biosensing, surface-enhanced Raman spectroscopy, photo-thermal heating, ionic and molecular transport, microfluidics, catalysis and electrochemical sensing.

テンプレートには、調整可能な赤外線吸光度モニック金ナノチューブの合成を監督

A nearly parallel array of pores can be produced by anodizing aluminum foils in acidic environments1, 2. Applications of anodic aluminum oxide (AAO) ...

化学

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information support1,2,3. In this context, metal nanowires are especially desirable for realizing dense routing networks4. A prerequisite to operate such shared nanowire-based platform relies on our ability to electrically contact individual metal nanowires and efficiently excite surface plasmon polaritons5 in this information support. In this article, we describe a protocol to bring electrical terminals to chemically-synthesized silver nanowires6 randomly distributed on a glass substrate7. The positions of the nanowire ends with respect to predefined landmarks are precisely located using standard optical transmission microscopy before encapsulation in an electron-sensitive resist. Trenches representing the electrode layout are subsequently designed by electron-beam lithography. Metal electrodes are then fabricated by thermally evaporating a Cr/Au layer followed by a chemical lift-off. The contacted silver nanowires are finally transferred to a leakage radiation microscope for surface plasmon excitation and characterization8,9. Surface plasmons are launched in the nanowires by focusing a near infrared laser beam on a diffraction-limited spot overlapping one nanowire extremity5,9. For sufficiently large nanowires, the surface plasmon mode leaks into the glass substrate9,10. This leakage radiation is readily detected, imaged, and analyzed in the different conjugate planes in leakage radiation microscopy9,11. The electrical terminals do not affect the plasmon propagation. However, a current-induced morphological deterioration of the nanowire drastically degrades the flow of surface plasmons. The combination of surface plasmon leakage radiation microscopy with a simultaneous analysis of the nanowire electrical transport characteristics reveals the intrinsic limitations of such plasmonic circuitry.

Silver nanowires can simultaneously transport electrons and optical information in the form of surface plasmons. A procedure is described here to realize such a shared circuitry and the limitations at propagating both information carriers are evaluated.

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

工学

Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological research. Perhaps the most widely used physical force to achieve noninvasive manipulation of small particles has been dielectrophoresis(DEP).1 However, DEP on its own lacks the versatility and precision that are desired when manipulating cells since it is traditionally done with stationary electrodes. Optical tweezers, which utilize a three dimensional electromagnetic field gradient to exert forces on small particles, achieve this desired versatility and precision.2 However, a major drawback of this approach is the high radiation intensity required to achieve the necessary force to trap a particle which can damage biological samples.3 A solution that allows trapping and sorting with lower optical intensities are optoelectronic tweezers (OET) but OET's have limitations with fine manipulation of small particles; being DEP-based technology also puts constraint on the property of the solution.4,5
This video article will describe two methods that decrease the intensity of the radiation needed for optical manipulation of living cells and also describe a method for orientation control. The first method is plasmonic tweezers which use a random gold nanoparticle (AuNP) array as a substrate for the sample as shown in Figure 1. The AuNP array converts the incident photons into localized surface plasmons (LSP) which consist of resonant dipole moments that radiate and generate a patterned radiation field with a large gradient in the cell solution. Initial work on surface plasmon enhanced trapping by Righini et al and our own modeling have shown the fields generated by the plasmonic substrate reduce the initial intensity required by enhancing the gradient field that traps the particle.6,7,8 The plasmonic approach allows for fine orientation control of ellipsoidal particles and cells with low optical intensities because of more efficient optical energy conversion into mechanical energy and a dipole-dependent radiation field. These fields are shown in figure 2 and the low trapping intensities are detailed in figures 4 and 5. The main problems with plasmonic tweezers are that the LSP's generate a considerable amount of heat and the trapping is only two dimensional. This heat generates convective flows and thermophoresis which can be powerful enough to expel submicron particles from the trap.9,10 The second approach that we will describe is utilizing periodic dielectric nanostructures to scatter incident light very efficiently into diffraction modes, as shown in figure 6.11 Ideally, one would make this structure out of a dielectric material to avoid the same heating problems experienced with the plasmonic tweezers but in our approach an aluminum-coated diffraction grating is used as a one-dimensional periodic dielectric nanostructure. Although it is not a semiconductor, it did not experience significant heating and effectively trapped small particles with low trapping intensities, as shown in figure 7. Alignment of particles with the grating substrate conceptually validates the proposition that a 2-D photonic crystal could allow precise rotation of non-spherical micron sized particles.10 The efficiencies of these optical traps are increased due to the enhanced fields produced by the nanostructures described in this paper.

Plasmonic tweezers and photonic crystal nanostructures are shown to produce useful enhancements in the efficiency and orientation control of optically trapping micro- and nano-particles.

強化されたマイクロおよびナノ操作のためのプラズモニックとフォトニック結晶ナノ構造の利用

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological ...

生物工学

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to neutral gold Au(0) by reducing agents, such as sodium citrate or sodium borohydride. The extension of this method to decorate iron oxide or similar nanoparticles with gold nanoparticles to create multifunctional hybrid Fe2O3-Au nanoparticles is straightforward. This approach yields fairly good control over Au nanoparticle dimensions and loading onto Fe2O3. Additionally, the Au metal size, shape, and loading can easily be tuned by changing experimental parameters (e.g., reactant concentrations, reducing agents, surfactants, etc.). An advantage of this procedure is that the reaction can be done in air or water, and, in principle, is amenable to scaling up. The use of such optically tunable Fe2O3-Au nanoparticles for hyperthermia studies is an attractive option as it capitalizes on plasmonic heating of gold nanoparticles tuned to absorb light strongly in the VIS-NIR region. In addition to its plasmonic effects, nanoscale Au provides a unique surface for interesting chemistries and catalysis. The Fe2O3 material provides additional functionality due to its magnetic property. For example, an external magnetic field could be used to collect and recycle the hybrid Fe2O3-Au nanoparticles after a catalytic experiment, or alternatively, the magnetic Fe2O3 can be used for hyperthermia studies through magnetic heat induction. The photothermal experiment described in this report measures bulk temperature change and nanoparticle solution mass loss as functions of time using infrared thermocouples and a balance, respectively. The ease of sample preparation and the use of readily available equipment are distinct advantages of this technique. A caveat is that these photothermal measurements assess the bulk solution temperature and not the surface of the nanoparticle where the heat is transduced and the temperature is likely to be higher.

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

We describe the synthesis and properties of multifunctional Fe2O3-Au nanoparticles produced by a wet chemical approach and investigate their photothermal properties using laser irradiation. The composite Fe2O3-Au nanoparticles retain the properties of both materials, creating a multifunctional structure with excellent magnetic and plasmonic properties.

多機能ハイブリッドのFe<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; -Auナノ粒子の効率的なプラズモニック暖房

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to ...

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs within the interlayer space of semiconducting layered titania nanosheet (TNS) films was investigated here. Two types of intermediate films (i.e., TNS films containing methyl viologen (TNS/MV2+) and 2-ammoniumethanethiol (TNS/2-AET+)) were prepared. The two intermediate films were soaked in an aqueous tetrachloroauric(III) acid (HAuCl4) solution, whereby considerable amounts of Au(III) species were accommodated within the interlayer spaces of the TNS films. The two types of obtained films were then soaked in an aqueous sodium tetrahydroborate (NaBH4) solution, whereupon the color of the films immediately changed from colorless to purple, suggesting the formation of AuNPs within the TNS interlayer. When only TNS/MV2+ was used as the intermediate film, the color of the film gradually changed from metallic purple to dusty purple within 30 min, suggesting that aggregation of AuNPs had occurred. In contrast, this color change was suppressed by using the TNS/2-AET+ intermediate film, and the AuNPs were stabilized for over 4 months, as evidenced by the characteristic extinction (absorption and scattering) band from the AuNPs.

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Here, we present a protocol for the in situ synthesis of gold nanoparticles (AuNPs) within the interlayer space of layered titanate films without the aggregation of AuNPs. No spectral change was observed even after 4 months. The synthesized material has expected applications in catalysis, photo-catalysis, and the development of cost-effective plasmonic devices.

層状チタン酸透明フィルムの層間空間で凝集することなく金ナノ粒子のその場合成で

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs ...

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing in combination with new nanofabrication techniques. A plasmon is a quantum of charge density oscillation that lends nanoscale metals such as gold and silver unique optical properties. In particular, gold and silver nanoparticles exhibit localized surface plasmon resonances-collective charge density oscillations on the surface of the nanoparticle-in the visible spectrum. Here, we focus on the fabrication of periodic arrays of anisotropic plasmonic nanostructures. These half-shell (or nanocup) structures can exhibit additional unique light-bending and polarization-dependent optical properties that simple isotropic nanostructures cannot. Researchers are interested in the fabrication of periodic arrays of nanocups for a wide variety of applications such as low-cost optical devices, surface-enhanced Raman scattering, and tamper indication. We present a scalable technique based on colloidal lithography in which it is possible to easily fabricate large periodic arrays of nanocups using spin-coating and self-assembled commercially available polymeric nanospheres. Electron microscopy and optical spectroscopy from the visible to near-infrared (near-IR) was performed to confirm successful nanocup fabrication. We conclude with a demonstration of the transfer of nanocups to a flexible, conformal adhesive film.

We demonstrate the fabrication of periodic gold nanocup arrays using colloidal lithographic techniques and discuss the importance of nanoplasmonic films.

コロイド リソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising from metallic periodic arrays without involving time-resolved techniques. We have formulated the rates by quantities that can be measured by simple optical measurements. The instrumentation based on angle- and polarization-resolved reflectivity and photoluminescence spectroscopy will be described in detail here. Our approach is intriguing due to its simplicity, which requires routine optics and several mechanical stages, and thus is highly affordable to most of the research laboratories.

This protocol describes the instrumentation for determining the excitation and coupling rates between light emitters and Bloch-like surface plasmon polaritons arising from periodic arrays.

励起と発光と表面プラズモンのレートを結合の定量

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...

Performing Spectroscopy on Plasmonic Nanoparticles with Transmission-Based Nomarski-Type Differential Interference Contrast Microscopy

Differential interference contrast (DIC) microscopy is a powerful imaging tool that is most commonly employed for imaging microscale objects using visible-range light. The purpose of this protocol is to detail a proven method for preparing plasmonic nanoparticle samples and performing single particle spectroscopy on them with DIC microscopy. Several important steps must be followed carefully in order to perform repeatable spectroscopy experiments. First, landmarks can be etched into the sample substrate, which aids in locating the sample surface and in tracking the region of interest during experiments. Next, the substrate must be properly cleaned of debris and contaminants that can otherwise hinder or obscure examination of the sample. Once a sample is properly prepared, the optical path of the microscope must be aligned, using Kohler Illumination. With a standard Nomarski style DIC microscope, rotation of the sample may be necessary, particularly when the plasmonic nanoparticles exhibit orientation-dependent optical properties. Because DIC microscopy has two inherent orthogonal polarization fields, the wavelength-dependent DIC contrast pattern reveals the orientation of rod-shaped plasmonic nanoparticles. Finally, data acquisition and data analyses must be carefully performed. It is common to represent DIC-based spectroscopy data as a contrast value, but it is also possible to present it as intensity data. In this demonstration of DIC for single particle spectroscopy, the focus is on spherical and rod-shaped gold nanoparticles.

The goal of this protocol is to detail a proven approach for the preparation of plasmonic nanoparticle samples and for performing single particle spectroscopy on them with differential interference contrast (DIC) microscopy.

トランスミッションベースのノマルスキー型差動干渉造影顕微鏡を用いたプラズモニックナノ粒子の分光法の実行

Differential interference contrast (DIC) microscopy is a powerful imaging tool that is most commonly employed for imaging microscale objects using ...

Photodeposition of Pd onto Colloidal Au Nanorods by Surface Plasmon Excitation

A protocol is described to photocatalytically guide Pd deposition onto Au nanorods (AuNR) using surface plasmon resonance (SPR). Excited plasmonic hot electrons upon SPR irradiation drive reductive deposition of Pd on colloidal AuNR in the presence of [PdCl4]2-. Plasmon-driven reduction of secondary metals potentiates covalent, sub-wavelength deposition at targeted locations coinciding with electric field &#8220;hot-spots&#8221; of the plasmonic substrate using an external field (e.g., laser). The process described herein details a solution-phase deposition of a catalytically-active noble metal (Pd) from a transition metal halide salt (H2PdCl4) onto aqueously-suspended, anisotropic plasmonic structures (AuNR). The solution-phase process is amenable to making other bimetallic architectures. Transmission UV-vis monitoring of the photochemical reaction, coupled with ex situ XPS and statistical TEM analysis, provide immediate experimental feedback to evaluate properties of the bimetallic structures as they evolve during the photocatalytic reaction. Resonant plasmon irradiation of AuNR in the presence of [PdCl4]2- creates a thin, covalently-bound Pd0 shell without any significant dampening effect on its plasmonic behavior in this representative experiment/batch. Overall, plasmonic photodeposition offers an alternative route for high-volume, economical synthesis of optoelectronic materials with sub-5 nm features (e.g., heterometallic photocatalysts or optoelectronic interconnects).

A protocol for anisotropic photodeposition of Pd onto aqueously-suspended Au nanorods via localized surface plasmon excitation is presented.

表面プラズモン励起によるコロイドAuナノロッドへのPdの光堆積

A protocol is described to photocatalytically guide Pd deposition onto Au nanorods (AuNR) using surface plasmon resonance (SPR). Excited plasmonic hot ...

Graphene-Assisted Quasi-van der Waals Epitaxy of AlN Film on Nano-Patterned Sapphire Substrate for Ultraviolet Light Emitting Diodes

This protocol demonstrates a method for graphene-assisted quick growth and coalescence of AlN on nano-pattened sapphire substrate (NPSS). Graphene layers are directly grown on NPSS using catalyst-free atmospheric-pressure chemical vapor deposition (APCVD). By applying nitrogen reactive ion etching (RIE) plasma treatment, defects are introduced into the graphene film to enhance chemical reactivity. During metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) growth of AlN, this N-plasma treated graphene buffer enables AlN quick growth, and coalescence on NPSS is confirmed by cross-sectional scanning electron microscopy (SEM). The high quality of AlN on graphene-NPSS is then evaluated by X-ray rocking curves (XRCs) with narrow (0002) and (10-12) full width at half-maximum (FWHM) as 267.2 arcsec and 503.4 arcsec, respectively. Compared to bare NPSS, AlN growth on graphene-NPSS shows significant reduction of residual stress from 0.87 GPa to 0.25 Gpa, based on Raman measurements. Followed by AlGaN multiple quantum wells (MQWS) growth on graphene-NPSS, AlGaN-based deep ultraviolet light-emitting-diodes (DUV LEDs) are fabricated. The fabricated DUV-LEDs also demonstrate obvious, enhanced luminescence performance. This work provides a new solution for the growth of high quality AlN and fabrication of high performance DUV-LEDs using a shorter process and less costs.

A protocol for graphene-assisted growth of high-quality AlN films on nano-patterned sapphire substrate is presented.

紫外発光ダイオード用ナノパターンサファイア基板上のAlNフィルムのグラフェン支援準ファンデルワールスエピタキシー

This protocol demonstrates a method for graphene-assisted quick growth and coalescence of AlN on nano-pattened sapphire substrate (NPSS). Graphene layers ...

プラズモニックナノ粒子を用いてグラフェン酸化物の可視光誘起削減

要約

さらに動画を探す

この動画の章

テンプレートには、調整可能な赤外線吸光度モニック金ナノチューブの合成を監督

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

強化されたマイクロおよびナノ操作のためのプラズモニックとフォトニック結晶ナノ構造の利用

多機能ハイブリッドのFe

層状チタン酸透明フィルムの層間空間で凝集することなく金ナノ粒子のその場合成で

コロイドリソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

励起と発光と表面プラズモンのレートを結合の定量

トランスミッションベースのノマルスキー型差動干渉造影顕微鏡を用いたプラズモニックナノ粒子の分光法の実行

表面プラズモン励起によるコロイドAuナノロッドへのPdの光堆積

紫外発光ダイオード用ナノパターンサファイア基板上のAlNフィルムのグラフェン支援準ファンデルワールスエピタキシー

プラズモニックナノ粒子を用いてグラフェン酸化物の可視光誘起削減

要約

さらに動画を探す

この動画の章

テンプレートには、調整可能な赤外線吸光度モニック金ナノチューブの合成を監督

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

強化されたマイクロおよびナノ操作のためのプラズモニックとフォトニック結晶ナノ構造の利用

多機能ハイブリッドのFe

層状チタン酸透明フィルムの層間空間で凝集することなく金ナノ粒子のその場合成で

コロイド リソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

励起と発光と表面プラズモンのレートを結合の定量

トランスミッションベースのノマルスキー型差動干渉造影顕微鏡を用いたプラズモニックナノ粒子の分光法の実行

表面プラズモン励起によるコロイドAuナノロッドへのPdの光堆積

紫外発光ダイオード用ナノパターンサファイア基板上のAlNフィルムのグラフェン支援準ファンデルワールスエピタキシー

コロイドリソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作