영가 코어 금속 나노 입자의 생성은 사용 N- (2- 아미노 에틸) -3- aminosilanetriol

요약

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

초록

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.

서문

수요 디자이너 나노 증가 애플리케이션도록 합성의 다양한 방법을 수행. 레이저 어블 레이션 법 또는 화학적 에칭과 같은 '하향식 "방법은, 우수한 제어 성 및 신뢰성 서브 마이크론 수준까지 물질을 분석하는 기능을 위해 사용되어왔다. 이들 방법은 목적하는 나노 크기가 감소함에 따라 일반적으로 제조 비용을 증가 미세한 성분으로 처리 될 벌크 물질에 의존한다. 이에 합성의 다른 방법은 분자 수준에서의 합성을 제어하고 원하는 나노 구조물에 축적 "상향식"접근 방식이다. 이는 이러한 나노 구조 물질 ^(1)의 생성에 바람직한 자기 조립, 기능 수동성 및 안정성 제어의 심각한 정도를 부여한다. 분자 수준에서 작업함으로써, 하이브리드 나노 구조물의 동일한 내에 두 물질의 장점을 제공하고 생성 할 수있다레.

나노 물질은 상향식 전략을 통해 합성 같이, 방법은 입자 크기, 형태, 질감, 소수성 다공성 전하 및 ^{기능이 제어하기} 위해 이용 될 필요가있다. 금속 코어 나노 합성 초기 금속염 차례로 다른 입자의 핵을 지시 제로 가의 입자를 생성하는 촉매 공정에서 감소된다. 이는 클러스터링에 이르게 그리고 마지막으로 나노 입자 생산 ^3. 생성 된 나노 입자의 크기를 조절하고 용액으로부터 침전시키는 것을 방지하기 위해, 이러한 리간드, 계면 활성제, 이온 전하, 큰 중합체 안정 화제는 또한 응집 ^4-10에서 나노 입자를 차단하는 능력을 위해 이용된다. 이들 재료 인해 부피 기의 존재 또는 쿨롱 반발 ^1-3 입체 장해를 통해 하나, 나노 입자의 반 데르 발스 인력을 억제한다.

t에서그의 일, 실란을 사용하여 다양한 금속 코어 나노 입자의 생성을위한 용이 한 번 포트 합성 전략, N- (2- 아미노 에틸) -3- aminosilanetriol (2- AST)는 (도 1)에 제공된다. 이 화합물에 대한 리간드는 비교적 높은 효율로 금속 나노 입자를 금속 전구체를 환원 및 안정화 할 수있다. 본 세 실라 부분은 가교 할 수있는이 그 매트릭스 (도 2) 내에서 나노 입자를 함침 실란 중합체의 상호 연결된 네트워크를 형성한다. 용이 물의 존재하에 가수 분해를 거쳐 가장 실란 달리,이 소수성 화합물은 목적, 안정성 및 제어를위한 유용 물에 안정화된다.

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프로토콜

주 : 추가의 정제로 제조 업체에서와 같이 모든 시약이 사용됩니다. 반응이 완료 절감을 보장하기 위해 UV-마주 분광법을 통해 최대 일주일 동안 관찰 하였다. 모든 반응은 벤트 후드에서 수행하고 적절한 안전 복장 장갑, 눈 고글, 및 실험실 코트를 포함한 모든 시간, 착용한다.

실버 나노 입자의 합성 (1)

1. 50 ㎖ 삼각 플라스크에 직접 질산은 0.0169 g (0.1 밀리몰)을 칭량.
2. 초순수 MΩ 및 자석 교반기 막대 18.2 20ml에 추가한다. 증발을 방지하기 위해 마개 플라스크를 커버.
3. 오일 배스에​​ 넣어 플라스크를 교반기 / 핫 플레이트 상에 위치하며 온도는 60 ° C로 유지되도록.
4. 천천히 정밀 마이크로 피펫을 사용하여 2 AST 144 μL (0.2 밀리몰)를 추가합니다. 모든 실란을 보장하기 위해 용액을 세척 피펫 여러번 용액으로 전달된다.
5. UV - 마주 분광 측정을제 5 절에 나열된 프로토콜에 따라.
6. 6 시간 후, 오일 조로부터 제거하고 샘플을 보관, TEM, FTIR 및 추가 분석을 위해 샘플을 20 ㎖ 바이알로 옮긴다.
   주 : 금 및 팔라듐 나노 입자의 합성은 216 μL (0.3 밀리몰)의 2- AST를 요구 금 나노 입자를 제외하고 동일한 방법 및 화학량 론적 양을 따른다. 반응은 최대 2 주 동안 나노 입자를 생성하기 위해 계속 될 수 있지만, 속도는 초기 속도에 비해 중요하지 않다.

2. 투과 전자 현미경 (TEM) 샘플 준비

1. 그 샘플을 실온으로 냉각해야합니다.
2. 여과지의 깨끗한 조각에 200 탄소 메쉬 formvar 코팅 된 구리 그리드를 배치합니다.
3. 1 ml의 플라스틱 파스퇴르 피펫, 캐스팅 드롭 직접 그리드 상에 나노 입자 시료의 약 60 μl를 사용.
4. 그리드 이미징 전에 24 시간 동안 건조하도록 허용합니다.
5. 다음의 조건 고해상도 TEM 화상을 보자10 μA 전류 및 전압을 ²² kV의 가속 100.

(3) 핵 자기 공명 (NMR) 샘플 준비

참고 : RT에서 NMR을 수행합니다. 고온에서 얻어지는 스펙트럼 신호의 품질을 저하하는 유착 수있다.

1. 정밀 피펫, 피펫 깨끗한 NMR 튜브에 중수소 가스 (D ₂ O)의 50 μl를 사용.
2. 또 다른 깨끗한 정밀 피펫, 피펫 같은 NMR 튜브에 나노 입자 시료의 400 μl를.
   1. 샘플을 NMR 관의 내벽에 부착 될 수 있으므로 천천히 NMR 튜브에 솔루션을 추가한다. 샘플이 부착 않으면 튜브 캡과 하부의 해결책을 강제 튜브의 상단을 흔들어.
3. NMR 튜브를 반전 반복적으로 흔들어하여 샘플을 섞는다.
4. 제조업체에서 제공 NMR 프로토콜에 의해 지시 사항을 다음 NMR에 장소 샘플 튜브. 1000 검사의 위쪽으로 적절한 입술에 대한 필요가있다¹ H NMR 양성자 펄스 프로그램 olution.
   참고 : NMR 튜브 벽이 깨끗해야합니다. 튜브의 외벽 전에 스펙트럼 명확성을 위해 분석에 마이크로 화이버 또는 보풀이없는 천으로 닦아하는 것이 좋습니다.
5. 완료되면 샘플을 폐기하십시오. 부모 용액에 샘플을 반환하지 않습니다.

4. 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 분광학 샘플 준비 변환

1. 작은 유리 용기에 나노 입자 샘플 2 ㎖를 놓습니다. 3 ML 튜브 또는 1 DRAM 유리 병은 잘 작동합니다.
2. 콕 장착 진공 데시 케이 터 내에서 유리 용기를 배치하여 샘플을 건조.
3. 진공 펌프 장치에 건조기를 연결합니다. 샘플의 건조는 진공 강도에 따라 몇 시간이 걸릴 수 있습니다. 용기 내의 액체 표시도하지 고려 샘플 건조.
4. 깨끗한 주걱을 사용하여 샘​​플을 긁고 고체 물질을 수집합니다.
5. 의 ZnSe의 크리스 í 장착 ATR-FTIR 분광기에 고체 물질을 배치알 다이오드 레이저.
6. 4,000-500 cm 사이 (32) 검사를 통합 FTIR 스펙트럼을 구하는 ^-1 2.0의 스펙트럼 해상도. 공기 배경 ^(23)를 사용합니다.

5. UV-마주 분광학 샘플 준비

1. 그 포화 분광 분석에서 발생하지 않도록 물 나노 시료 1-10 희석에 나노 입자 샘플에 대해 UV-비스 분광법을 수행.
2. 반응이 반 시간 간격으로 실행되는 동안 UV-VI의 나노 입자 샘플을 제거합니다.
3. 정밀 피펫을 사용하여, 나노 입자 재료 100 ㎕을 제거하고 플라스틱 큐벳에 놓는다.
4. 같은 큐벳에 초순수의 1 ML을 추가하고 피펫 여러 번 세척하여 완전히 혼합한다.
5. 250-800 nm의 사이에 기록 UV-마주 흡수 스펙트럼.
6. 분석 한 후, 반응 샘플을 반환하지 않습니다. 적절한 방법으로 분석 폐기하십시오.

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결과

나노 입자 형성은 각각의 금속 나노 입자에 대한 특징적인 피크를 생성한다으로 반응 UV-비스 분석법으로 모니터링 하였다. 합성 된 물질의 최종 분석은 TEM과 FTIR을 통해 수행되었다. FTIR 스펙트럼은 샘플의 건조 분말을 얻었다. 입도 분석은 TEM 및 평균화 결과로 얻어지는 화상으로부터 나노 입자의 직경을 측정함으로써 달성 될 수있다.

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토론

이 논문에보고 된 염은 금속으로 시험 하였다 유일한 염이다. 그 결과,이 반응 전략은 모든 금속 염, 특히 금 작동 것이 불확실하다. 물에서 이러한 염의 용해도는 반응 시간, 형태, 및 수율의 관점에서, 반응의 결과에 영향을 미칠 수있다. 모든 반응에서 실란 이미 용해 된 금속 염 용액에 첨가 하였다.

이들 반응은 흡습성 또는 조해성 ⁽¹⁸⁾ 일 수있다 금속염의 작은 농?...

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자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol (2-AST)	Gelest	SIA0590.0	25% in H2O
Silver nitrate	Sigma Aldrich	S6506
Gold(III) chloride trihydrate	Sigma Aldrich	520918
Palladium(II) Nitrate	Alfa Aesar	11035
Deuterium Dioxide	Cambridge Isotope Laboratories	DLM-4-100