Rastreando Eletroquímica em Nanopartículas Únicas com Espectroscopia e Microscopia de Espalhamento Raman Intensificado por Superfície

Summary

O protocolo descreve como monitorar eventos eletroquímicos em nanopartículas individuais usando espectroscopia de espalhamento Raman e imagens aprimoradas por superfície.

Abstract

O estudo de reações eletroquímicas em nanopartículas individuais é importante para entender o desempenho heterogêneo de nanopartículas individuais. Essa heterogeneidade em nanoescala permanece oculta durante a caracterização média das nanopartículas. Técnicas eletroquímicas têm sido desenvolvidas para medir correntes a partir de nanopartículas isoladas, mas não fornecem informações sobre a estrutura e identidade das moléculas que sofrem reações na superfície do eletrodo. Técnicas ópticas como microscopia de espalhamento Raman intensificado por superfície (SERS) e espectroscopia podem detectar eventos eletroquímicos em nanopartículas individuais e, ao mesmo tempo, fornecer informações sobre os modos vibracionais de espécies de superfície de eletrodos. Neste trabalho, um protocolo para rastrear a oxidação-redução eletroquímica do Azul do Nilo (NB) em nanopartículas únicas de Ag usando microscopia SERS e espectroscopia é demonstrado. Primeiramente, um protocolo detalhado para a fabricação de nanopartículas de Ag em um filme de Ag liso e semitransparente é descrito. Um modo de plásmons dipolar alinhado ao longo do eixo óptico é formado entre uma única nanopartícula de Ag e um filme de Ag. A emissão de SERS do NB fixada entre a nanopartícula e o filme é acoplada ao modo plásmon, e a emissão de alto ângulo é coletada por uma objetiva de microscópio para formar um padrão de emissão em forma de rosquinha. Esses padrões de emissão de SERS em forma de rosquinha permitem a identificação inequívoca de nanopartículas únicas no substrato, a partir das quais os espectros SERS podem ser coletados. Neste trabalho, um método para empregar o substrato SERS como eletrodo de trabalho em uma célula eletroquímica compatível com um microscópio óptico invertido é fornecido. Finalmente, o rastreamento da oxidação-redução eletroquímica de moléculas de NB em uma nanopartícula de Ag individual é mostrado. A configuração e o protocolo aqui descritos podem ser modificados para estudar várias reações eletroquímicas em nanopartículas individuais.

Introduction

A eletroquímica é uma importante ciência de medição para o estudo de transferência de carga, armazenamento de carga, transporte de massa, etc., com aplicações em diversas disciplinas, incluindo biologia, química, física e engenharia 1,2,3,4,5,6,7 . Convencionalmente, a eletroquímica envolve medições sobre um conjunto – uma grande coleção de entidades únicas, como moléculas, domínios cristalinos, nanopartículas e locais de superfície. No e....

Protocol

1. Preparação do substrato SERS em modo de lacuna

1. Limpe as lamínulas nº 1 (consulte a Tabela de Materiais) usando uma acetona e lavagem com água, conforme descrito abaixo. Execute esta etapa em uma sala limpa para garantir que nenhum detrito ou outra matéria indesejada seja depositada nas tampas.
   1. Coloque as tampas em um rack deslizante. Use pinças ao mover as lamínulas/substratos. Coloque a cremalheira deslizante em um recipiente de vidro e encha-a com acetona.

Discussion

Depositar filmes metálicos finos de e Ag em lamínulas limpas é vital para garantir que o filme final tenha uma rugosidade não superior a duas a quatro camadas atômicas (ou uma rugosidade quadrada média da raiz menor ou igual a cerca de 0,7 nm). Poeira, arranhões e detritos presentes na tampa antes da deposição de metal são problemas comuns que impedem a fabricação da película lisa necessária para produzir padrões de emissão em forma de rosquinha. Assim, recomenda-se sonicar as lamínulas em diferentes sol.......

Materials

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