Generatie nulwaardige metalen kern Nanodeeltjes gebruikmaking van N- (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol
Summary
A novel method for metal core nanoparticle synthesis using a water stable silanol is described.
Abstract
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.
Introduction
Omdat de vraag en de toepassingen van designer nanomaterialen toeneemt, zo ook de verschillende methoden van synthese. De "top-down" methoden, zoals laserablatie of chemisch etsen zijn gebruikt vanwege hun uitstekende beheersbaarheid en capaciteit voor het oplossen materialen betrouwbaar naar de sub-micron niveau. Deze werkwijzen steunen op bulkmaterialen fijnere bestanddelen, die typisch verhoging van de productiekosten als de gewenste nanostructuur verkleint verwerkt. Een alternatieve synthesemethode hierop is de "bottom-up" benadering, die de synthese stuurt op moleculair niveau en bouwt op de gewenste nanostructuur. Dit zorgt voor een aanzienlijke mate van controle over de gewenste zelfassemblage, functionaliteit, passiviteit en de stabiliteit bij de vorming van deze nanogestructureerde materialen 1. Door te werken vanuit het moleculaire niveau, kan hybride nanocomposieten worden gegenereerd die de voordelen van beide materialen van dezelfde structuopnieuw.
Als nanomateriaal worden gesynthetiseerd door het bottom-up strategie moeten werkwijzen worden toegepast om deeltjesgrootte, vorm, textuur, hydrofobiciteit, porositeit, kosten en functionaliteit 2 controleren. In metalen kern nanodeeltje synthese wordt de eerste metaalzout gereduceerd in een autokatalytisch proces nul-valent deeltjes, die op zijn beurt direct kiemvorming van andere deeltjes te genereren. Dit leidt tot clustering en tenslotte nanodeeltjes 3 productie. In een poging om de grootte van nanodeeltjes gemaakt beheersen en voorkomen dat ze neerslaan uit de oplossing, zijn stabilisatoren zoals liganden, surfactanten, ionische lading, en grote polymeren benut voor hun vermogen om nanodeeltjes te blokkeren tegen verdere agglomeratie 4-10. Deze materialen remmen de van der Waals aantrekking van de nanodeeltjes, hetzij door sterische hindering door de aanwezigheid van de volumineuze groepen, of door Coulomb afstoting 3.
in tzijn werk een gemakkelijke, één vat, synthesewerkwijze voor het genereren van verschillende metalen kern nanodeeltjes door middel van het silaan, N- (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol (2-AST) weergegeven (figuur 1). Liganden op deze verbinding kunnen verminderen metaalvoorlopers en stabiliserende metalen nanodeeltjes met een relatief hoge werkzaamheid. De drie silanol groepen aanwezig zijn ook in staat om verknoping en dit vormt een onderling verbonden netwerk van organosilaan polymeer geïmpregneerd met nanodeeltjes in de matrix (Figuur 2). In tegenstelling tot de meeste silanen, die gemakkelijk hydrolyse ondergaan bij aanwezigheid van water, is deze verbinding stabiel in water, wat gunstig is voor doeleinden hydrofobiciteit, stabiliteit en controle.
Protocol
Representative Results
Discussion
Zouten die in dit document zijn de enige zouten die getest werden van dat metaal. Daardoor is onzeker of deze reactie strategie zou werken met zouten van de metalen, in het bijzonder goud. De oplosbaarheid van deze zouten in water kan ook de uitkomst van de reactie in termen van reactiesnelheid, morfologie en opbrengsten. In alle reacties werd de silaan een reeds opgeloste metalen zoutoplossing toegevoegd.
Het is vermeldenswaard dat zorg moet worden genomen om de nauwkeurigheid te garanderen…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
Materials
| 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 |
References
- Corriu, R. Organosilicon Chemistry and Nanoscience. J Organomet Chem. 686, 32-41 (2003).
- Chou, L. Y., Ming, K., Chan, W. Strategies for the intracellular delivery of nanoparticles. Chem. Soc. Rev. 40 (1), 233-245 (2011).
- Richards, R., Bönnemann, H. Synthetic Approaches to Metallic Nanomaterials. Nanofabrication towards Biomedical Applications. , 4-9 (2005).
- Bradley, J., Schmid, G. Chapter 6, Unit 6.2.2, The Chemistry of Transition Metal Colloids: Synthetic Methods for the Preparation of Colloidal Transition Metals. Clusters and Colloids. , 469-473 (1994).
- 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).
- Yi, D. K., Lee, S. S., Ying, J. Y. Synthesis and Applications of Magnetic Nanocomposite Catalysts. Chem. Mater. 18, 2459-2461 (2006).
- Piepenbrock, M. M., Lloyd, G. O., Clarke, N., Steed, J. W. Metal- and Anion-Binding Supramolecular Gels. Chem. Rev. 110, 1960-2004 (2010).
- 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).
- Spitalsky, Z. Carbon nanotube-polymer composites: Chemistry, Processing, Mechanical and Electrical Properties. Prog. Polym. Sci. 35, 357-401 (2010).
- 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).
- Fau, P., et al. Monitoring the Coordination of Amine Ligands on Silver Nanoparticles Using NMR and SERS. Langmuir. 31 (4), 1362-1367 (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Chauhan, B. P. S., Rathore, S., Bandoo, T. "Polysiloxane-Pd" Nanocomposites as Recyclable Chemoselective Hydrogenation Catalysts. J. Am. Chem. Soc. 126, 8493-8500 (2004).
- 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).
- Chauhan, B. P. S., Sardar, R., Tewari, P., Sharma, P. . , 23-25 (2003).
- Pouchert, C. J., Pouchert, C. .. J. Non-Aromatic Amines. The Aldrich Library of Infrared Spectra. , (1983).
- Arkles, B., et al. Infrared Analysis of Organosilicon Compounds: Spectra-Structure Correlations. Silicon Compounds Register and Review. , (1987).
- Corriu, R. J. P. Hypervalent Species of Silicon-structure and Reactivity. J. Organomet. Chem. 400, 81-106 (1990).
- . . Basic Instruction Manual: Hitachi HT7700 TEM. , 1-28 (2014).
- . . OMNIC User’s Guide Version 7.3: Thermo Electron Corporation. , 151-216 (2006).
