Syntese af substrat-bundet Au Nanowires Via en aktiv overflade vækst mekanisme
Summary
Vi rapporterer en løsning-baseret metode til at syntetisere substrat-bundet Au nanowires. Ved tuning de molekylære ligander anvendes under syntesen, kan Au nanowires dyrkes fra forskellige substrater med forskellige overfladeegenskaber. AU Nanotråd-baseret nanostrukturer kan også syntetiseres ved at justere parametrene reaktion.
Abstract
Fremme syntetiske kapaciteter er vigtigt for udviklingen af nanovidenskab og nanoteknologi. Syntesen af nanowires har altid været en udfordring, da det kræver en asymmetrisk vækst af symmetrisk krystaller. Her rapporterer vi en karakteristisk syntese af substrat-bundet Au nanowires. Denne skabelon-fri syntese beskæftiger thiolated ligander og substrat adsorption til opnå løbende asymmetriske aflejring af Au i løsning på omgivende betingelser. Thiolated ligand forhindret Au aflejring på den synlige overflade af frø, så Au deposition kun opstår på grænsefladen mellem Au frø og substrat. Siden af den nye deponerede Au nanowires er straks dækket med thiolated ligand, mens bunden vender substratet forbliver ligand-fri og aktiv for den næste runde af Au deposition. Vi viser yderligere, denne Au Nanotråd vækst kan induceres på forskellige substrater, og forskellige thiolated ligander kan bruges til at regulere overfladekemi af nanowires. Diameteren af nanowires kan også styres med blandet ligander, hvor en anden “dårlige” ligand kunne tænde den laterale vækst. Med forståelsen af mekanismen, kan Au Nanotråd-baseret nanostrukturer designet og syntetiseret.
Introduction
Typisk for én-dimensionelle nanomaterialer, nanowires besidder både de bulk-relaterede egenskaber og de unikke egenskaber stammer fra quantum virkningerne af nanoskala struktur. Som en bro mellem nanoskalaen og bulk skala materialer, er de blevet bredt anvendt i forskellige områder af katalyse, sansning og nanoelektroniske enheder mv. 1 , 2 , 3.
Syntesen af nanowires har længe været en stor udfordring, som det normalt kræver bryde den iboende symmetri i krystallerne. Traditionelt har er en skabelon ansat til at regulere aflejring af materialer. For eksempel, har skabelon-electrodeposition været brugt til dannelsen af forskellige typer af nanowires som Ag nanowires og cd’er nanowires4,5,6,7,8,9 ,10. En anden fælles tilgang er damp-væske-solid (VLS) vækst, som beskæftiger en smeltet katalysator til at fremkalde anisotrope væksten på underlaget på en forhøjet temperatur11. Fælles strategier for syntese af metal nanowires er polyol metoder for Ag nanowires og oleylamine-assisteret ultratynde Au nanowires12,13,14,15. Begge tilgange er materiale-specifikke, og parametrene Nanotråd er ikke umiddelbart indstillet under syntesen. Derudover kan metal nanowires også være dannet af den pres-drevet metode, hvor de forsamlede metal nanopartikler er mekanisk komprimeret og smeltet ind i nanowires16,17,18.
For nylig, vi rapporterede en karakteristisk metode til syntese Au nanowires19. Med hjælp af en thiolated lille molekyle ligand, kunne nanowires vokse og danne en lodret justeret array på bulk Si wafer substrat på omgivende betingelser. Det konstateredes, at ligander spiller en vigtig rolle i den symmetri-breaking vækst. Det binder sig til overfladen af substrat-adsorberet Au frø kraftigt, tvinger Au indbetale selektivt på ligand-mangelfuld grænsefladen mellem frø og substrat. Grænsefladen mellem det nye deponerede Au og substrat forbliver ligand mangelfuld, derfor, den aktive overflade findes i hele den hele vækst. Ved tuning ligand koncentration, seed type og koncentration samt flere andre parametre, kunne en serie af Au Nanotråd-baseret nanostrukturer blive syntetiseret.
I dette arbejde, vil vi give en detaljeret protokol for denne bekvemme Au nanowires syntese. Den afledte syntese er også præsenteret, herunder syntese af Au nanowires med hydrofobe overflade ejendom, Au nanowires på andre substrater, tilspidset Au nanowires ved at blande to ligander og Nanotråd-baseret Au nanostrukturer dannet af tuning væksten betingelser.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mekanismen af dette aktiv overflade vækst styres Nanotråd syntese er blevet drøftet grundigt i tidligere arbejde19. Derudover har virkningerne af frø størrelser og typer samt effekten af ligand typer og størrelser også været undersøgte20,21. Generelt. Nanotråd vækst er meget forskellig fra tidligere rapporteret ruter. Ingen skabelon er påkrævet, og den asymmetriske vækst er foranlediget af forskellene mellem ligand-udjævnede…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi anerkender taknemmeligt støtte fra National Natural Science Foundation of China (21703104), Jiangsu videnskab og teknologi har planer (SBK2017041514) Nanjing Tech University (39837131) og SICAM stipendium fra Jiangsu nationale synergiskabende Innovation Center for avancerede materialer.
Materials
| Trisodium citrate dihydrate | Alfa Aesar | LoT: 5008F14U | |
| Sodium borohydride | Fluka | LoT: STBG0330V | NaBH4 |
| Hydrogen tetrachloroaurate(III) trihydrate | Alfa Aesar | LoT: T19C006 | HAuCl4 |
| 3-aminopropyltriethoxysilane | J&K Scientific | LoT: LT20Q102 | APTES |
| L-ascorbic acid | Sigma-Aldrich | LoT: SLBL9227V | |
| 4-mercaptobenzoic acid | Sigma-Aldrich | LoT: MKBV5048V | 4-MBA |
| 2-Naphthalenethiol | Sigma-Aldrich | LoT: BCBP4238V | 2-NpSH |
| 4-Mercaptophenylacetic acid | Alfa Aesar | LoT: 10199160 | 4-MPAA |
| 3-mercaptobenzoic acid | Aladdin | LoT: G1213027 | 3-MBA |
| 3-Mercaptopropionic acid | Aladdin | LoT: E1618095 | 3-MPA |
| absolute ethanol | Sinopharm chemical Reagent | 20170802 | |
| Silicon wafer | Zhe Jiang lijing | P | Si |
| Scanning Electron Microscope | Quanta FEG 250 | SEM | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5424 | |
| Ultrasonic cleaner | Kun Shan hechuang | ||
| Ultra-pure water system | NanJing qianyan | UP6682-10-11 | for deionized water |
| Plasma cleaner | Harrick Plasma | PDC-002 | for oxygen plasma |
Riferimenti
- Yao, S. Z., et al. A Compartment-less Nonenzymatic Glucose-air Fuel Cell with Nitrogen-doped Mesoporous Carbons and Au Nanowires as Catalysts. Energy & Environmental Science. 6, 3600-3604 (2013).
- Gu, H. W., et al. Highly Efficient Synthesis of N-Substituted Isoindolinones and Phthalazinones Using Pt Nanowires as Catalysts. Organic Letters. 14, 1876-1879 (2012).
- Patolsky, F., et al. Nanowire-based Nanoelectronic Devices in the Life sciences. MRS Bulletin. 32, 142-149 (2007).
- Schwarzacher, W., et al. Templated Electrodeposition of Silver Nanowires in a Nanoporous Polycarbonate Membrane from a Nonaqueous Ionic Liquid Electrolyte. Applied Physics A-Mater. 86, 373-375 (2007).
- Song, L. X., et al. Template-Electrodeposition Preparation and Structural Properties of CdS Nanowire Arrays. Microelectronic Engineering. 83, 1971-1974 (2006).
- Song, J., et al. A New Twist on Nanowire Formation: Screw-Dislocation-Driven Growth of Nanowires and Nanotubes. Journal of Physical Chemistry Letters. 1, 1472-1480 (2010).
- Lim, S. K., et al. Controlled Modulation of Diameter and Composition along Individual III-V Nitride Nanowires. Nano Letters. 13, 331-336 (2012).
- Xu, J. M., et al. Electrochemical Fabrication of CdS Nanowire Arrays in Porous Anodic Aluminum Oxide Templates. Journal of Physical Chemistry. 33, 14037-14047 (1996).
- Lee, S. T., et al. High-density, Ordered Ultraviolet Light-emitting ZnO Nanowire Arrays. Advanced Materials. 15, 838-841 (2003).
- Tang, Y. Q., et al. Electrochemically Induced Sol-Gel Preparation of Single-Crystalline TiO2 Nanowires. Nano Letters. 2, 717-720 (2002).
- Yang, H. J., et al. Vapor-liquid-solid Growth of Silicon Nanowires Using Organosilane as Precursor. Chemical Communications. 46, 6105-6107 (2010).
- Xia, Y. N., et al. Ultrathin Gold Nanowires Can Be Obtained by Reducing Polymeric Strands of Oleylamine−AuCl Complexes Formed via Aurophilic Interaction. Journal of the American Chemical Society. 130, 8900-8901 (2008).
- Miguel, J. Y., et al. Helical Growth of Ultrathin Gold-Copper Nanowires. Nano Letters. 16, 1568-1573 (2016).
- Sun, S. H., et al. Ultrathin Au Nanowires and Their Transport Properties. Journal of the American Chemical Society. 130, 8902-8903 (2008).
- Sun, S. H., et al. Growth of Au Nanowires at the Interface of Air/Water. Journal of Physical Chemistry. C. 113, 15196-15200 (2009).
- Wu, H. M., et al. Nanostructured Gold Architectures Formed through High Pressure-Driven Sintering of Spherical Nanoparticle Arrays. Journal of the American Chemical Society. 132, 12826-12828 (2010).
- Wu, H. M., et al. Pressure-Driven Assembly of Spherical Nanoparticles and Formation of 1D-Nanostructure Arrays. Angewandte Chemie International Edition. 7, 8431-8434 (2010).
- Li, B. S., et al. Stress-induced Phase Transformation and Optical Coupling of Silver Nanoparticle Superlattices into Mechanically Stable Nanowires. Nature Communications. 5, 4179 (2014).
- Chen, H. Y., et al. Forest of Gold Nanowires: A New Type of Nanocrystal Growth. ACS Nano. 7, 2733-2740 (2013).
- Wang, Y. W., et al. Exploiting Rayleigh Instability in Creating Parallel Au Nanowires with Exotic Arrangements. Small. 12, 930-938 (2016).
- Wang, Y. W., et al. Effect of Thiolated Ligands in Au Nanowires Synthesis. Small. 13, 1702121 (2017).
- Gedanken, A., et al. The surface chemistry of Au colloids and their interactions with functional amino acids. Journal of Physical Chemistry B. 108, 4046-4052 (2004).
- Xia, Y. N., et al. Shape-Controlled Synthesis of Pd Nanocrystals in Aqueous Solutions. Advanced Functional Materials. 19, 189-200 (2009).
