Génération d'zérovalent Metal Core nanoparticules en utilisant du N- (2-aminoéthyl) -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
Comme la demande et les applications des nanomatériaux concepteur augmente, tout comme les différentes méthodes de synthèse. Les méthodes «top-down», telles que l'ablation laser ou par gravure chimique ont été utilisées pour leur excellente maniabilité et la capacité de résoudre des matériaux fiable jusqu'au niveau sub-micronique. Ces méthodes reposent sur les matériaux en vrac en cours de traitement en composantes fines, ce qui augmente généralement le coût de production que la taille désirée de la nanostructure diminue. Une autre méthode de synthèse de cette approche est la "bottom-up", qui contrôle la synthèse au niveau moléculaire et construit jusqu'à la nanostructure souhaitée. Ceci confère un certain degré de contrôle sur l'auto-assemblage, la fonctionnalité, la passivité, et la stabilité souhaitée dans la génération de ces matériaux nanostructurés 1. En travaillant au niveau moléculaire, nanocomposites hybrides peuvent être générés en fournissant les avantages des deux matériaux dans le même structuré.
Comme nanomatériaux sont synthétisés à travers la stratégie de bas en haut, les méthodes doivent être utilisées pour contrôler la taille des particules, la forme, la texture, l'hydrophobie, la porosité, la charge, et la fonctionnalité 2. La synthèse de nanoparticules d'âme métallique, le sel métallique de départ est réduit dans un processus autocatalytique pour générer des particules de valence zéro, qui à leur tour dirigent la nucléation d'autres particules. Cela conduit à des agrégats, la production a finalement nanoparticule 3. Dans le but de contrôler la taille des nanoparticules créées et les empêcher de se précipiter hors de la solution, des stabilisants tels que des ligands, des agents tensioactifs, des charges ioniques, et les grands polymères sont exploités pour leur capacité à bloquer des nanoparticules à partir de plus d'agglomération 10/04. Ces substances inhibent l'attraction de van der Waals des nanoparticules, soit par l'encombrement stérique dû à la présence de groupes volumineux ou par répulsion coulombiennes 3.
en tson travail, un, un pot, stratégie de synthèse facile pour la génération de diverses nanoparticules de base métallique en utilisant le silane, le N- (2-aminoéthyl) -3-aminosilanetriol (2-AST) est présenté (Figure 1). Des ligands de ce composé sont capables de réduire les précurseurs de métaux et de stabilisation des nanoparticules métalliques avec une efficacité relativement élevée. Les trois groupements silanol présents sont également capables de réticulation, ce qui forme un réseau interconnecté de polymère organosilane imprégnée avec des nanoparticules au sein de sa matrice (figure 2). Contrairement à la plupart des silanes, qui subissent aisément une hydrolyse en présence d'eau, ce composé est stabilisé dans l'eau, ce qui est bénéfique à des fins d'hydrophobicité, la stabilité et le contrôle.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sels présentés dans le présent document sont les seuls sels qui ont été testés de ce métal. En conséquence, il est certain que cette stratégie de réaction serait de travailler avec tous les sels des métaux, en particulier l'or. La solubilité de ces sels dans l'eau peut également influer sur le résultat de la réaction en termes de temps de réaction, la morphologie et les rendements. Dans toutes les réactions, le silane a été ajouté à une solution de sel de métal déjà dissoute.
<p class…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).
