Генерация нулевой валентностью металлический сердечник наночастиц с использованием N- (2-аминоэтил) -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
Поскольку спрос и применения дизайнер наноматериалов возрастает, так что различные методы синтеза. Методы "сверху-вниз», такие как лазерная абляция или химического травления были использованы для их отличную управляемость и способность решения материалы надежно до уровня субмикронного. Эти методы основаны на сыпучих материалов обрабатываются на более мелкие компоненты, которые обычно увеличивают стоимость производства при уменьшении требуемого размера наноструктуры. Альтернативный способ синтеза к этому является «снизу-вверх» подход, который контролирует синтез на молекулярном уровне и строит до желаемой наноструктуры. Это придает значительную степень контроля на нужном самосборки, функциональности, пассивности и стабильности в генерации этих наноструктурных материалов 1. Работая от молекулярного уровня, гибридные нанокомпозиты могут быть сгенерированы обеспечивая преимущества обоих материалов в пределах одного structuчисло рейнольдса
Как наноматериалы синтезируются посредством стратегии снизу вверх, методы должны быть использованы, чтобы контролировать размер частиц, форму, текстуру, гидрофобность, пористость, зарядом и функциональность 2. В основной металл синтеза наночастиц, соль начальное металла восстанавливается в аутокаталитическое процесса для получения частиц с нулевой валентностью, который в свою очередь направляют зарождение другой частицы. Это приводит к кластеризации и, наконец, в виде наночастиц производство 3. В попытке контролировать размер наночастиц, созданных и предотвратить их осаждение из раствора, стабилизаторы, такие как лиганды, поверхностно-активные заряда ионов, а также крупные полимеров эксплуатируются за их способности блокировать наночастицы от дальнейшего агломерации 4-10. Эти материалы ингибируют ВандерВаальса привлечение наночастиц, либо через стерических затруднений в связи с наличием объемных групп или через кулоновских отталкивание 3.
В тего работа, поверхностное, один горшок, синтетические стратегии для генерации различных основных металлов наночастиц с использованием силана, N- (2-аминоэтил) -3-aminosilanetriol (2-АСТ) представлена (рисунок 1). Лиганды по этому соединению способны уменьшать металлические прекурсоры и стабилизации наночастиц металлов с относительно высокой эффективностью. Три силаноловые остатков, присутствующих также способны к сшиванию, и это образует взаимосвязанную сеть органосилановым полимера, пропитанного наночастицами в пределах его матрицы (рисунок 2). В отличие от большинства силанов, которые легко подвергаются гидролизу в присутствии воды, это соединение стабилизируется в воде, которая является полезной для целей гидрофобности, стабильность и контроль.
Protocol
Representative Results
Discussion
Соли, указанные в данном документе, являются только соли, которые были испытаны этого металла. В результате, нет уверенности в том, что эта реакция стратегия будет работать со всеми солей металлов, в частности золота. Растворимость этих солей в воде может также повлиять на исход реакции …
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).
