JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

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

Аннотация

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.

Введение

Поскольку спрос и применения дизайнер наноматериалов возрастает, так что различные методы синтеза. Методы "сверху-вниз», такие как лазерная абляция или химического травления были использованы для их отличную управляемость и способность решения материалы надежно до уровня субмикронного. Эти методы основаны на сыпучих материалов обрабатываются на более мелкие компоненты, которые обычно увеличивают стоимость производства при уменьшении требуемого размера наноструктуры. Альтернативный способ синтеза к этому является «снизу-вверх» подход, который контролирует синтез на молекулярном уровне и строит до желаемой наноструктуры. Это придает значительную степень контроля на нужном самосборки, функциональности, пассивности и стабильности в генерации этих наноструктурных материалов 1. Работая от молекулярного уровня, гибридные нанокомпозиты могут быть сгенерированы обеспечивая преимущества обоих материалов в пределах одного structuчисло рейнольдса

Как наноматериалы синтезируются посредством стратегии снизу вверх, методы должны быть использованы, чтобы контролировать размер частиц, форму, текстуру, гидрофобность, пористость, зарядом и функциональность 2. В основной металл синтеза наночастиц, соль начальное металла восстанавливается в аутокаталитическое процесса для получения частиц с нулевой валентностью, который в свою очередь направляют зарождение другой частицы. Это приводит к кластеризации и, наконец, в виде наночастиц производство 3. В попытке контролировать размер наночастиц, созданных и предотвратить их осаждение из раствора, стабилизаторы, такие как лиганды, поверхностно-активные заряда ионов, а также крупные полимеров эксплуатируются за их способности блокировать наночастицы от дальнейшего агломерации 4-10. Эти материалы ингибируют ВандерВаальса привлечение наночастиц, либо через стерических затруднений в связи с наличием объемных групп или через кулоновских отталкивание 3.

В тего работа, поверхностное, один горшок, синтетические стратегии для генерации различных основных металлов наночастиц с использованием силана, N- (2-аминоэтил) -3-aminosilanetriol (2-АСТ) представлена ​​(рисунок 1). Лиганды по этому соединению способны уменьшать металлические прекурсоры и стабилизации наночастиц металлов с относительно высокой эффективностью. Три силаноловые остатков, присутствующих также способны к сшиванию, и это образует взаимосвязанную сеть органосилановым полимера, пропитанного наночастицами в пределах его матрицы (рисунок 2). В отличие от большинства силанов, которые легко подвергаются гидролизу в присутствии воды, это соединение стабилизируется в воде, которая является полезной для целей гидрофобности, стабильность и контроль.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

Примечание: Все реагенты используются как от производителя без дальнейшей очистки. Реакции контролировались в течение одной недели с помощью УФ-видимой спектроскопии, чтобы обеспечить полное восстановление. Все реакции проводят под вентиляционной капотом и соответствующее одеяние безопасности носить в любое время, в том числе перчатки, защитные очки для глаз, и халатах.

1. Синтез наночастиц серебра

  1. Взвесить 0.0169 г (0,1 ммоль) нитрата серебра непосредственно в 50 мл колбу Эрленмейера.
  2. Добавить в 20 мл 18,2 МОм сверхчистой воды и магнитной мешалкой. Накройте колбу с пробкой, чтобы предотвратить испарение.
  3. Место колбу на масляной бане, расположенной на мешалкой / горячей плите и гарантировать, что температура поддерживается на уровне 60 ° С.
  4. Медленно добавить 144 мкл (0,2 ммоль) 2-AST с помощью точного микропипетки. Флеш пипеток несколько раз в растворе для обеспечения всех силан переходят в раствор.
  5. Возьмите UV-VIS показания спектроскопиив соответствии с протоколом, перечисленных в разделе 5.
  6. После 6 ч, удалить образец из масляной бани и передать флакон на 20 мл образца для хранения, TEM, FTIR и дальнейшего анализа.
    Примечание: Синтез наночастиц золота и палладия следующим тем же методом и стехиометрических количеств, за исключением золотых наночастиц, требующих 216 мкл (0,3 ммоль) 2-AST. Реакция может продолжать производить наночастицы на срок до 2 недель, но скорость не является существенным по сравнению с начальной скоростью.

2. трансмиссионного электронного микроскопа (ПЭМ) Приготовление образца

  1. Убедитесь, что образец охлаждают до комнатной температуры.
  2. Поместите формвар покрытием медную сетку с 200 углерод-меш на чистую кусочек фильтровальной бумаги.
  3. Использование 1 мл пластиковые пипетки Пастера литой падение примерно 60 мкл образца наночастиц непосредственно на сетке.
  4. Разрешить сетки высохнуть в течение 24 часов перед визуализации.
  5. Возьмите ПЭМ-изображения высокого разрешения с соблюдением следующих условий:10 мкА и 100 кВ ускоряющего напряжения 22.

3. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) Приготовление образца

Примечание: Выполнение ЯМР при комнатной температуре. При высоких температурах сигналы могут сливаться, который ухудшает качество спектров, полученных.

  1. Использование точность пипетки, пипетки 50 мкл диоксида дейтерия (D 2 O) в чистый ЯМР трубки.
  2. С другой чистый точности пипетки, пипетки 400 мкл наночастиц образца в то же ЯМР трубки.
    1. Как образцы могут придерживаться внутренних стенках ЯМР трубки, постепенно добавить решения в ЯМР пробирку. Если образец имеет придерживаться, крышка трубки и встряхнуть верхнюю часть трубки, чтобы заставить решение на дно.
  3. Перемешивают образец путем встряхивания и неоднократно переворачивая пробирку ЯМР.
  4. Место пробирку в ЯМР следующим направлениям, установленным протоколом ЯМР предоставленной изготовителем. An вверх в 1000 сканирований могут быть необходимы для надлежащего разрешенииспособность по в программе импульса протонного ЯМР 1 Н.
    Примечание: ЯМР стенках труб должны быть чистыми. Рекомендуется, чтобы наружная стенка трубки протирают микроволокна или безворсовой ткани перед анализом для спектров ясности.
  5. Откажитесь образец, когда закончите. Не возвращать образец исходного раствора.

4. инфракрасного Фурье Пробоподготовка (ИК) спектроскопии

  1. Поместите 2 мл наночастиц образца в небольшой стеклянный контейнер. Стеклянный флакон 3 мл трубки или 1 драм работает хорошо.
  2. Сушат образцы, помещая стеклянный контейнер в вакуумном эксикаторе, снабженную запорным краном.
  3. Приложить эксикаторе аппарата вакуумного насоса. Сушка образцов может занять несколько часов в зависимости от вакуумной силы. Рассмотрим образцы высохнуть после нет никакого видимого жидкости в контейнере.
  4. Очистите вниз образец с помощью чистой лопаточки и собирать твердые материалы.
  5. Поместите твердый материал на ATR-FTIR спектроскопа снабженную ZnSe Crystаль диодный лазер.
  6. Получить ИК-спектры интегрирующую 32 сканирований между 4,000-500 см -1 со спектральным разрешением 2,0. Используйте фон 23 воздуха.

5. УФ-Vis спектроскопия Подготовка проб

  1. Провести UV-VIS-спектроскопии на образцах наночастиц, которые находятся в одной до десяти разведении наночастиц образца в воду таким образом, что насыщение не наступает в спектрометрического анализа.
  2. Удалить образцы наночастиц для UV-VIS в то время как реакция запущена с интервалом полчаса.
  3. Использование точность пипетку, удалите 100 мкл наночастиц материала и поместить в пластиковую кювету.
  4. Добавить 1 мл сверхчистой воды с той же кювете и тщательно перемешать с помощью промывки пипетки несколько раз.
  5. Запись в видимой и ультрафиолетовой поглощение спектр между 250-800 нм.
  6. После анализа, не возвращают образец реакции. Утилизация вещества в соответствующей манере.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

За ходом реакции следили с помощью УФ-видимой спектроскопии, как образование наночастиц должны производить пиков, характерных для каждого отдельного металлической наночастицы. Окончательный анализ синтезированных материалов было достигнуто путем ТЕА и ИК-Фурье. Сп...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

Соли, указанные в данном документе, являются только соли, которые были испытаны этого металла. В результате, нет уверенности в том, что эта реакция стратегия будет работать со всеми солей металлов, в частности золота. Растворимость этих солей в воде может также повлиять на исход реакции ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Раскрытие информации

Там нет конфликтующих финансовых интересов.

Благодарности

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.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

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

Ссылки

  1. Corriu, R. Organosilicon Chemistry and Nanoscience. J Organomet Chem. 686, 32-41 (2003).
  2. Chou, L. Y., Ming, K., Chan, W. Strategies for the intracellular delivery of nanoparticles. Chem. Soc. Rev. 40 (1), 233-245 (2011).
  3. Richards, R., Bönnemann, H. Synthetic Approaches to Metallic Nanomaterials. Nanofabrication towards Biomedical Applications. , Wiley-VCH. 4-9 (2005).
  4. Bradley, J. Chapter 6, Unit 6.2.2, The Chemistry of Transition Metal Colloids: Synthetic Methods for the Preparation of Colloidal Transition Metals. Clusters and Colloids. Schmid, G. , Wiley-VCH. 469-473 (1994).
  5. Paterer, A., et al. Investigation on the formation of copper zinc tin sulphide nanoparticles from metal salts and dodecanethiol. Mater. Chem. Phys. 149-150, 94-98 (2015).
  6. Yi, D. K., Lee, S. S., Ying, J. Y. Synthesis and Applications of Magnetic Nanocomposite Catalysts. Chem. Mater. 18, 2459-2461 (2006).
  7. Piepenbrock, M. M., Lloyd, G. O., Clarke, N., Steed, J. W. Metal- and Anion-Binding Supramolecular Gels. Chem. Rev. 110, 1960-2004 (2010).
  8. Wu, J. Preparation and Structural Characterization of Novel Nanohybrids by Cationic 3D Silica Nanoparticles Sandwiched between 2D Anionic Montmorillonite Clay through Electrostatic Attraction. J. Phys. Chem. C. 113 (30), 13036-13044 (2009).
  9. Spitalsky, Z. Carbon nanotube-polymer composites: Chemistry, Processing, Mechanical and Electrical Properties. Prog. Polym. Sci. 35, 357-401 (2010).
  10. Link, S., El-Sayed, M. A. Spectral Properties and Relaxation Dynamics of Surface Plasmon Electronic Oscillations in Gold and Silver Nanodots and Nanorods. J. Phys. Chem. B. 103 (40), 8410-8426 (1999).
  11. Fau, P., et al. Monitoring the Coordination of Amine Ligands on Silver Nanoparticles Using NMR and SERS. Langmuir. 31 (4), 1362-1367 (2015).
  12. Patil, H. B., Borse, S. V., Patil, D. R., Patil, U. K., Patil, H. M. Synthesis of silver nanoparticles by microbial method and their characterization. Arch. Phys. Res. 2 (3), 153-158 (2011).
  13. Ghosh, S., Sarma, N., Mandal, M., Kundu, S., Esumi, K., Pal, T. Evolution of gold nanoparticles in micelle by UV-irradiation: A conductometric study. Curr. Sci. 84 (6), 791-795 (2003).
  14. Paul, B., Bhuyan, B., Purkayastha, D. D., Dey, M., Dhar, S. S. Green synthesis of gold nanoparticles using Pogestemon benghalensis (B) O. Ktz leaf extract and studies of their photocatalytic activity in degradation of methylene. Mater. Lett. 148, 37-40 (2015).
  15. Chauhan, B. P. S., Rathore, S. Regioselective Synthesis of Multifunctional Hybrid Polysiloxanes Achieved by Pt-Nanocluster Catalysis. J. Am. Chem. Soc. 127, 5790-5791 (2005).
  16. Chauhan, B. P. S., Rathore, S., Bandoo, T. "Polysiloxane-Pd" Nanocomposites as Recyclable Chemoselective Hydrogenation Catalysts. J. Am. Chem. Soc. 126, 8493-8500 (2004).
  17. Chauhan, B. P. S., Rathore, S., Chauhan, M., Krawicz, A. Synthesis of Polysiloxane Stabilized Palladium Colloids and Evidence of Their Participation in Silaesterification Reactions. J. Am. Chem. Soc. 125, 2876-2877 (2003).
  18. Chauhan, B. P. S., Sardar, R., Tewari, P., Sharma, P. Proceedings of the Third International Workshop on Silicon Containing Polymers, Troy, NY, , 23-25 (2003).
  19. Pouchert, C. J. Non-Aromatic Amines. The Aldrich Library of Infrared Spectra. Pouchert, C. .J. , Aldrich Chemical Company. Wisconsin. (1983).
  20. Arkles, B., et al. Infrared Analysis of Organosilicon Compounds: Spectra-Structure Correlations. Silicon Compounds Register and Review. , (1987).
  21. Corriu, R. J. P. Hypervalent Species of Silicon-structure and Reactivity. J. Organomet. Chem. 400, 81-106 (1990).
  22. Basic Instruction Manual: Hitachi HT7700 TEM. , Tokyo, Japan. 1-28 (2014).
  23. OMNIC User's Guide Version 7.3: Thermo Electron Corporation. , Madison, Wisconsin. 151-216 (2006).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

108

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены