JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
自动翻译
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
化学

Yüzey Plazmon Uyarma tarafından Kolloidal Au Nanorods üzerine Pd Photodeposition

Published: August 15, 2019
doi:
10.3791/60041
, , , , , ,
1Sensors & Electron Devices Directorate,U.S. Army Research Laboratory, 2General Technical Services

Summary

Pd’nin lokalize yüzey plazmon uyarma yoluyla sulu olarak askıda au nanorods üzerine anisotropik fotodepozisyonu için bir protokol sunulmuştur.

Abstract

Bir protokol fotokatalitik au nanorods üzerine Pd birikimi kılavuzu açıklanmıştır (AuNR) yüzey plazmon rezonans (SPR) kullanarak. SPR ışınlama üzerine heyecanlı plazmonik sıcak elektronlar [PdCl4] 2 varlığında kolloidal AuNR pd redüktif birikimi sürücü–. Sekonder metallerin plazmon lu redüksiyonu kovalent, alt dalga boyu birikimini, plazmonik substratın dış bir alan (örneğin lazer) kullanılarak elektrik alanı “sıcak noktaları” ile çakışan hedeflenen yerlerde ki alt dalga boyu birikimini belirler. Burada açıklanan süreç, katalitik olarak aktif olan asil metalin (Pd) bir geçiş metal halide tuzundan (H2PdCl4)sulu olarak askıda, anizotropik plazmonik yapılara (AuNR) bir çözelti faz ıstakozunu ayrıntılarıyla anlatılmaktadır. Çözüm fazı süreci diğer bimetalik mimarilerin yapımına olanak sağlar. Fotokimyasal reaksiyonun iletim UV-vis izlenmesi, ex situ XPS ve istatistiksel TEM analizi ile birleştiğinde, bimetalik yapıların özelliklerini değerlendirmek için hemen deneysel geri bildirim sağlar. fotokatalitik reaksiyon. [PdCl4]2- varlığında AuNR’un rezonans plazmon ışınlaması, bu temsili deneyde/toplu iş parçasında plazmonik davranışı üzerinde önemli bir sönümleme etkisi olmaksızın ince, kovalent bağlı bir Pd0 mermisi oluşturur. Genel olarak, plazmonik fotodepozisyon, optoelektronik malzemelerin alt-5 nm özelliklerine (örn. heterometalik fotokatalizörler veya optoelektronik ara bağlantılar) sahip yüksek hacimli, ekonomik sentezi için alternatif bir rota sunar.

Introduction

Rezonans dış alandan üretilen plazmonik sıcak taşıyıcılar aracılığıyla plazmonik yüzeylere metal birikimini yönlendirmek, ortam koşullarında yeni özgürlük dereceleri ile heterometalik, anisotropik nanoyapıların 2 aşamalı oluşumunu destekleyebilir1 ,2,3. Konvansiyonel redoks kimyası, buhar birikimi ve/veya elektrodepozisyon yaklaşımları yüksek hacimli işleme için uygun değildir. Bunun başlıca nedeni aşırı/kurbanlık reaktif atıkları, düşük iş çıkışlı 5+ adım litografi prosesleri ve enerji yoğun ortamlar (0,01-10 Torr ve/veya 400-1000 °C sıcaklıklar) ve ortaya çıkan malzeme özellikleri üzerinde doğrudan kontrol edilebilmektedir. . Plazmonik bir substratın (örn. Au nanopartikül/tohum) yerelleştirilmiş yüzey plazmon rezonansında (SPR) aydınlatma altında bir öncül ortama (örn. sulu Pd tuz çözeltisi) batırılması, dışarıdan yetersiz (örn. alan kutuplaşması ve yoğunluğu) prezmonik sıcak elektronlar ve/veya fototermal degradeler aracılığıyla öncül fotokimyasal birikim3,4. Örneğin, protokol parametreleri / au, cu, Pb ve Ti organometalik ve Ge hidritler nanostructured Ag ve Au substratlar üzerine plazmonik tahrikli fototermal ayrışması için gereksinimleriayrıntılıolarak 5,6, 7,8,9. Ancak, femtosecond plazmonik sıcak elektronların metal solüsyon arabiriminde metal tuzlarını doğrudan fotoküçültmek için kullanılması büyük ölçüde gelişmemiş, sitrat veya poli (vinylpyridone) ligands aracı yük olarak hareket eden süreçler yok kalır sekonder metal2,10,11,12doğrudan çekirdekleşme / büyüme röleleri . Au nanorods Anisotropic Pt-dekorasyon (AuNR) longitudinal SPR altında (LSPR) uyarma son zamanlarda bildirilmiştir1,13 Pt dağılımı dipol polarite ile çakıştı (yani, kabul mekansal dağılımı sıcak taşıyıcılar).

Buradaki protokol, pd’yi içerecek şekilde son Pt-AuNR çalışmasını genişletir ve redüktif plazmonik fotodepozisyon tekniğinin diğer metal halide tuzları (Ag, Ni, Ir, vb.) için geçerli olduğunu gösteren, gerçek zamanlı olarak gözlemlenebilen anahtar sentez ölçümlerini vurgular.

Protocol

1. Au nanorods tahsisi NOT: Cetyltrimethylammonium bromür (CTAB) kaplı AuNR ıslak kimya (adım 1.1) tarafından sentezlenebilir veya ticari olarak satın alınabilir (adım 1.2) okuyucunun tercihine göre, her biri benzer sonuçlar elde ile. Bu çalışmanın sonuçları ticari kaynaklı, AuNR penta-twinned kristal yapısı na dayanıyordu. AuNR tohum kristal yapısının etkisi (yani, monokristalin vs penta-twinned) ikincil metal kabuk nihai morfolojisi plazmonik fotodepozisyon kapsamında b…

Representative Results

İletim UV-vis spektrumları, X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) verileri ve iletim elektron mikroskobu (TEM) görüntüleri CTAB kaplı AuNR için karanlıkta ve rezonans ışınlama altında H2PdCl4 varlığında/yokluğunda elde edilmiştir. şekil 1 ve Şekil 2’deki Pd. Transmission UV-vis spektrumlarının çekirdekasyonunu/büyümesini katalize etmek için uzunlamasına SPR ‘lerinde (LSPR) aşağıdaki değişikliklere gör…

Discussion

İletim UV-vis spektroskopi kullanarak optik absorbans değişiklikleri izleme fotokatalitik reaksiyon durumunu değerlendirmek için yararlıdır, H LMCT özelliklerine özellikle dikkat ile2PdCl4. H2PdCl 4’ün 2.3.1 adımda enjeksiyonundan sonra LMCT özelliklerinin dalga boyu maximası (Şekil 1’de katı siyahtan katı maviye geçerek ) [PdCl4]2- moleküllerin yerel “ortamına” dair içgörüsağlar ( </stron…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma Ordu Araştırma Laboratuvarı tarafından desteklenmiş ve G.T.F.’ye verilen USARL Kooperatif Anlaşması No W911NF-17-2-0057 kapsamında gerçekleştirilmiştir. Bu belgede yer alan görüş ler ve sonuçlar yazarların görüşleridir ve Ordu Araştırma Laboratuvarı veya ABD Hükümeti’nin ifade veya zımni resmi politikalarını temsil ettiği şeklinde yorumlanmamalıdır. ABD Hükümeti, burada yer alan telif hakkı gösterimine bakılmaksızın, hükümet amaçları doğrultusunda yeniden baskıları çoğaltmaya ve dağıtmaya yetkilidir.

Materials

Aspheric Condenser Lens w/ Diffuser Thorlabs ACL5040U-DG15 f=40 mm, NA=0.60, 1500 grit, uncoated
Deuterium + Tungsten-Halogen Lightsource StellarNet SL5
Gold Nanorods, AuNR NanoPartz A12-40-808-CTAB CTAB surfactant, 808 nm LSPR, 40 nm diameter
Ground Glass Diffuser Thorlabs DG20-1500 1500 grit, N-BK7
Hydrochloric acid, HCl J.T. Baker 9539-03 concentrated, 37%
Low Profile Magnetic Stirrer VWR 10153-690
Macro Disposable Cuvettes, UV Plastic FireFlySci 1PUV 10 mm path length
Methanol, MeOH J.T. Baker 9073-05 ≥99.9%
Palladium (II) chloride, PdCl2 Sigma Aldrich 520659 ≥99.9%
Plano-Convex Lens Thorlabs LA1145 f=75 mm, N-BK7, uncoated
Quartz Tungsten-Halogen Lamp Thorlabs QTH10
UV-vis Spectrometer Avantes ULS2048L-USB2-UA-RS AvaSpec-ULS2048L
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Forcherio, G. T. Targeted deposition of platinum onto gold nanorods by plasmonic hot electrons. Journal of Physical Chemistry C. 122 (50), 28901-28909 (2018).
  2. Langille, M. R., Personick, M. L., Mirkin, C. A. Plasmon-Mediated Syntheses of Metallic Nanostructures. Angewandte Chemie International Edition. 52 (52), 13910-13940 (2013).
  3. Qiu, J., Wei, W. D. Surface Plasmon-Mediated Photothermal Chemistry. The Journal of Physical Chemistry C. 118 (36), 20735-20749 (2014).
  4. Zhang, Y. Surface-Plasmon-Driven Hot Electron Photochemistry. Chemical Reviews. 118 (6), 2927-2954 (2018).
  5. Qiu, J., Wu, Y. C., Wang, Y. C., Engelhard, M. H., McElwee-White, L., Wei, W. D. Surface Plasmon Mediated Chemical Solution Deposition of Gold Nanoparticles on a Nanostructured Silver Surface at Room Temperature. Journal of the American Chemical Society. 135 (1), 38-41 (2013).
  6. Qiu, J. Surface Plasmon-Mediated Chemical Solution Deposition of Cu Nanoparticle Films. The Journal of Physical Chemistry C. 120 (37), 20775-20780 (2016).
  7. Boyd, D. A., Greengard, L., Brongersma, M., El-Naggar, M. Y., Goodwin, D. G. Plasmon-Assisted Chemical Vapor Deposition. Nano Letters. 6 (11), 2592-2597 (2006).
  8. Di Martino, G., Michaelis, F. B., Salmon, A. R., Hofmann, S., Baumberg, J. J. Controlling Nanowire Growth by Light. Nano Letters. 15 (11), 7452-7457 (2015).
  9. Di Martino, G., Turek, V. A., Braeuninger-Weimer, P., Hofmann, S., Baumberg, J. J. Laser-induced reduction and in-situ optical spectroscopy of individual plasmonic copper nanoparticles for catalytic reactions. Applied Physics Letters. 110 (7), 071111 (2017).
  10. Xue, C., Millstone, J. E., Li, S., Mirkin, C. A. Plasmon-Driven Synthesis of Triangular Core–Shell Nanoprisms from Gold Seeds. Angewandte Chemie International Edition. 46 (44), 8436-8439 (2007).
  11. Langille, M. R., Zhang, J., Mirkin, C. A. Plasmon-Mediated Synthesis of Heterometallic Nanorods and Icosahedra. Angewandte Chemie International Edition. 50 (15), 3543-3547 (2011).
  12. Zhai, Y. Polyvinylpyrrolidone-induced anisotropic growth of gold nanoprisms in plasmon-driven synthesis. Nature Materials. 15 (8), 889-895 (2016).
  13. Forcherio, G. T., Baker, D. R., Boltersdorf, J., McClure, J. P., Leff, A. C., Lundgren, C. A. Directed assembly of bimetallic nanoarchitectures by interfacial photocatalysis with plasmonic hot electrons. Nanophotonic Materials XV. 10720, 107200K (2018).
  14. Tebbe, M. Silver-Overgrowth-Induced Changes in Intrinsic Optical Properties of Gold Nanorods: From Noninvasive Monitoring of Growth Kinetics to Tailoring Internal Mirror Charges. The Journal of Physical Chemistry C. 119 (17), 9513-9523 (2015).
  15. Mayer, M. Controlled Living Nanowire Growth: Precise Control over the Morphology and Optical Properties of AgAuAg Bimetallic Nanowires. Nano Letters. 15 (8), 5427-5437 (2015).
  16. Nikoobakht, B., El-Sayed, M. A. Preparation and Growth Mechanism of Gold Nanorods (NRs) Using Seed-Mediated Growth Method. Chemistry of Materials. 15 (10), 1957-1962 (2003).
  17. Burrows, N. D., Harvey, S., Idesis, F. A., Murphy, C. J. Understanding the Seed-Mediated Growth of Gold Nanorods through a Fractional Factorial Design of Experiments. Langmuir. 33 (8), 1891-1907 (2017).
  18. Jana, N. R., Gearheart, L., Murphy, C. J. Seed-Mediated Growth Approach for Shape-Controlled Synthesis of Spheroidal and Rod-like Gold Nanoparticles Using a Surfactant Template. Advanced Materials. 13, 1389-1393 (2001).
  19. Kumar, D., Lee, A. R., Kaur, S., Lim, D. K. Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle. Journal of Visualized Experiments. 103, e53108 (2015).
  20. Paviolo, C., McArthur, S. L., Stoddart, P. R. Gold Nanorod-assisted Optical Stimulation of Neuronal Cells. Journal of Visualized Experiments. (98), e52566 (2015).
  21. Hoang, T. B., Huang, J., Mikkelsen, M. H. Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics. Journal of Visualized Experiments. (111), e53876 (2016).
  22. Ortiz, N. Harnessing Hot Electrons from Near IR Light for Hydrogen Production Using Pt-End-Capped-AuNRs. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (31), 25962-25969 (2017).
  23. Schiavo, L., Aversa, L., Tatti, R., Verucchi, R., Carotenuto, G. Structural Characterizations of Palladium Clusters Prepared by Polyol Reduction of [PdCl4]2− Ions. Journal of Analytical Methods in Chemistry. 2016, 9073594 (2016).
  24. Baffou, G., Quidant, R., García de Abajo, F. J. Nanoscale Control of Optical Heating in Complex Plasmonic Systems. ACS Nano. 4 (2), 709-716 (2010).
  25. Mulvaney, P. Surface Plasmon Spectroscopy of Nanosized Metal Particles. Langmuir. 12 (3), 788-800 (1996).
  26. Elding, L. I., Olsson, L. F. Electronic absorption spectra of square-planar chloro-aqua and bromo-aqua complexes of palladium(II) and platinum(II). The Journal of Physical Chemistry. 82 (1), 69-74 (1978).
  27. Swihart, D. L., Mason, W. R. Electronic spectra of octahedral platinum (IV) complexes. Inorganic Chemistry. 9 (7), 1749-1757 (1970).
  28. Forcherio, G. T., Dunklin, J. R., Backes, C., Vaynzof, Y., Benamara, M., Roper, D. K. Gold nanoparticles physicochemically bonded onto tungsten disulfide nanosheet edges exhibit augmented plasmon damping. AIP Advances. 7 (7), 075103 (2017).
  29. Boltersdorf, J., Forcherio, G. T., McClure, J. P., Baker, D. R., Leff, A. C., Lundgren, C. Visible Light-Promoted Plasmon Resonance to Induce “Hot” Hole Transfer and Photothermal Conversion for Catalytic Oxidation. The Journal of Physical Chemistry C. 122 (50), 28934-28948 (2018).
  30. da Silva, J. A., Meneghetti, R. M. New Aspects of the Gold Nanorod Formation Mechanism via Seed-Mediated Methods Revealed by Molecular Dynamics Simulations. Langmuir. 34 (1), 366-375 (2018).
  31. Teranishi, T., Miyake, M. Size Control of Palladium Nanoparticles and Their Crystal Structures. Chemistry of Materials. 10 (2), 594-600 (1998).
  32. Straney, P. J., Marbella, L. E., Andolina, C. M., Nuhfer, N. T., Millstone, J. E. Decoupling Mechanisms of Platinum Deposition on Colloidal Gold Nanoparticle Substrates. Journal of the American Chemical Society. 136 (22), 7873-7876 (2014).
  33. Cheng, N., Lv, H., Wang, W., Mu, S., Pan, M., Marken, F. An ambient aqueous synthesis for highly dispersed and active Pd/C catalyst for formic acid electro-oxidation. Journal of Power Sources. 195 (21), 7246-7249 (2010).
  34. Grzelczak, M., Perez-Juste, J., Garcia de Abajo, F. J., Liz-Marzan, L. M. Optical Properties of Platinum-Coated Gold Nanorods. The Journal of Physical Chemistry C. 111 (17), 6183-6188 (2007).
  35. Zheng, Z., Tachikawa, T., Majima, T. Single-Particle Study of Pt-Modified Au Nanorods for Plasmon-Enhanced Hydrogen Generation in Visible to Near-Infrared Region. Journal of the American Chemical Society. 136 (19), 6870-6873 (2014).
  36. Zheng, Z., Tachikawa, T., Majima, T. Plasmon-Enhanced Formic Acid Dehydrogenation Using Anisotropic Pd–Au Nanorods Studied at the Single-Particle Level. Journal of the American Chemical Society. 137 (2), 948-957 (2015).
  37. Grzelczak, M., Pérez-Juste, J., Rodríguez-González, B., Liz-Marzán, L. M. Influence of silver ions on the growth mode of platinum on gold nanorods. Journal of Materials Chemistry. 16 (40), 3946-3951 (2006).
  38. Joplin, A. Correlated Absorption and Scattering Spectroscopy of Individual Platinum-Decorated Gold Nanorods Reveals Strong Excitation Enhancement in the Nonplasmonic Metal. ACS Nano. 11 (12), 12346-12357 (2017).
  39. Sutter, P., Li, Y., Argyropoulos, C., Sutter, E. In Situ Electron Microscopy of Plasmon-Mediated Nanocrystal Synthesis. Journal of the American Chemical Society. 139 (19), 6771-6776 (2017).

Tags

Keyword Extraction:PhotodepositionPdColloidal Au NanorodsSurface Plasmon ExcitationReductive Plasmonic PhotodepositionEpitaxial Metal GrowthPlatinumSilverCatalytic ApplicationsHydrochloric AcidPalladium(II) ChlorideGold NanorodCetyltrimethyl Ammonium BromideMethanolDihydrogen TetrochloropallidateTungsten-halogen Lamp

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Forcherio, G. T., Baker, D. R., Leff, A. C., Boltersdorf, J., McClure, J. P., Grew, K. N., Lundgren, C. A. Photodeposition of Pd onto Colloidal Au Nanorods by Surface Plasmon Excitation. J. Vis. Exp. (150), e60041, doi:10.3791/60041 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image