Generering av Zerovalent Kjerne nanopartikler ved anvendelse av N- (2-aminoetyl) -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
Ettersom etterspørselen og anvendelser av designer nanomaterialer øker, så gjør de forskjellige metoder for syntese. De "top-down" metoder, for eksempel laser ablasjon eller kjemisk etsing har vært ansatt for deres utmerkede kontrollerbarhet og evne til å løse materialer pålitelig ned til sub-micron nivå. Disse metodene er avhengige av bulkmateriale som bearbeides til finere komponenter, som typisk øker kostnadene for produksjon som det ønskede nanostrukturen størrelse avtar. En alternativ metode for syntese til dette er "bottom-up" tilnærming, som styrer syntese på molekylært nivå og bygger seg opp til den ønskede nanostrukturen. Dette gir en betydelig grad av kontroll av den ønskede selvbygging, funksjonalitet, passivitet, og stabilitet ved genereringen av disse nanostrukturerte materialer 1. Ved å arbeide fra molekylært nivå, kan hybrid nanocomposites genereres gi fordelene av både materialer innenfor samme strukturer;re.
Som nanomaterialer er syntetisert gjennom bottom-up strategi, metoder må brukes for å kontrollere partikkelstørrelse, form, tekstur, hydrofobi, porøsitet, kostnad og funksjonalitet to. I metallkjerne nanopartikler syntese, er den første metallsaltet reduseres i en autokatalytisk prosess for å generere null-valente partikler, som i sin tur lede kjernedannelse av andre partikler. Dette fører til gruppering og endelig nanopartikkelproduksjon 3. I et forsøk på å kontrollere størrelsen av nanopartikler laget og hindre dem fra utfelling ut av oppløsningen, er stabilisatorer som ligander, overflateaktive midler, ioniske ladning, og store polymerer utnyttet for deres evne til å blokkere nanopartikler fra ytterligere agglomerering 4-10. Disse materialer hemmer van der Waals tiltrekning av nanopartikler, enten gjennom sterisk hindring på grunn av tilstedeværelsen av voluminøse grupper eller gjennom Coulombic repulsions 3.
i tsitt arbeid, en lettvinte, en gryte, syntetisk strategi for generering av forskjellige metallkjerne nanopartikler ved hjelp av silan, er N- (2-aminoetyl) -3-aminosilanetriol (2-AST) presentert (figur 1). Ligander for denne forbindelsen er i stand til å redusere metalliske forløpere og stabilisering av metallnanopartikler med en forholdsvis høy effekt. De tre silanol-gruppene som er tilstede er også i stand til tverrbinding, og dette danner et innbyrdes forbundet nettverk av organosilan polymer impregnert med nanopartikler innenfor sin matriks (figur 2). I motsetning til de fleste silaner, som lett gjennomgår hydrolyse i nærvær av vann, er denne forbindelsen stabilisert i vann, noe som er fordelaktig for hydrofobisitet formål, stabilitet og kontroll.
Protocol
Representative Results
Discussion
Salter rapportert i denne artikkelen er de eneste saltene som ble testet av det metall. Som et resultat, er det usikkert om denne reaksjonen strategien vil fungere med alle salter av metaller, særlig gull. Løseligheten av disse salter i vann, kan også påvirke utfallet av reaksjonen når det gjelder reaksjonstid, morfologi og utbytter. I alle reaksjoner ble silan tilsatt til en allerede oppløst metallsaltløsning.
Det er verdt å merke seg at omsorg må tas for å sikre nøyaktighet for …
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).
