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Chimica

表面プラズモン励起によるコロイドAuナノロッドへのPdの光堆積

Published: August 15, 2019
doi:
10.3791/60041
, , , , , ,
1Sensors & Electron Devices Directorate,U.S. Army Research Laboratory, 2General Technical Services

Summary

局所的に浮遊したAuナノロッドに対するPdの対方対電位化のためのプロトコルが提示される。

Abstract

プロトコルは、表面プラズモン共鳴(SPR)を使用して、光触媒的にAuナノロッド(AuNR)上にPd堆積を導くために記載されています。SPR照射ドライブ上の興奮プラズモニック熱電子は、[PdCl 4]2- の存在下でコロイドAuNR上のPdの還元堆積を駆動する。プラズモン駆動の二次金属の還元は、外部フィールド(例えば、レーザー)を用いたプラズモニック基板の電界「ホットスポット」と一致する標的位置における共有、サブ波長堆積を増強する。本明細書に記載されるプロセスは、遷移金属ハロゲン化物塩(H2 PdCl4)から水懸濁した異方性プラズモニック構造(AuNR)に触媒活性貴金属(Pd)の溶液相堆積を詳細に説明する。溶液相プロセスは、他のバイメタルアーキテクチャを作るのに適しています。光化学反応の透過UV-visモニタリングは、exsitu XPSおよび統計的TEM分析と相まって、バイメタル構造の特性を評価するための即時の実験的フィードバックを提供する。光触媒反応。[PdCl 4]2-の存在下でのAuNRの共振プラズモン照射は、この代表的な実験/バッチにおけるプラズモニック挙動に有意な減衰効果なしに、薄く、共生結合Pd0シェルを作成する。全体的に、プラズモニック光沈着は、サブ5nmの特徴を持つ光電子材料(例えば、ヘテロ金属光触媒または光電子相互接続)の大量で経済的な合成のための代替ルートを提供する。

Introduction

共振外部フィールドから発生するプラズモニックホットキャリアを介してプラズモニック基板に金属堆積を導くにより、新しい自由度1を持つ周囲条件下でのヘテロメタリック、異方性ナノ構造の2段階形成をサポートできる可能性がある1 、2、3.従来の酸化還元化学、蒸着、電着のアプローチは、大量処理には適していません。これは主に、過剰/犠牲試薬廃棄物、低スループット5+ステップリソグラフィプロセス、エネルギー集約型環境(0.01-10 Torrおよび/または400-1000°C温度)によるもので、結果として得られます材料特性をほとんどまたは全く直接制御しません。.局所的な表面プラズモン共鳴(SPR)での照明下でプラズモニック基板(例えば、Auナノ粒子/種子)を前駆体環境(例えば、水性Pd塩溶液)に浸漬すると、外部的に調整(すなわち、フィールド偏光および強度)プラズモニック熱い電子および/または光熱勾配3、4を介した前駆体の光化学的堆積。例えば、プラズモン駆動の光熱分解に関するプロトコルパラメータ/要件は、ナノ構造AgおよびAu基板上のAu、Cu、Pb、およびGeハイドライドの詳細5、6、 7,8,9.しかし、金属溶液界面で金属塩を直接光化するフェムト秒プラズモニックホット電子の利用は、ク硝酸塩またはポリ(ビニルピロリドン)リガンドを中間電荷として使用するプロセスがほとんど未開発のままである。二次金属2、10、11、12の直接核化/成長へのリレー。縦方向SPR(LSPR)励起下のAuナノロッド(AuNR)の対方対方性Pt装飾は、最近、Pt分布がダイポール極性と一致した1、13と報告された(すなわち、仮定空間分布)ホットキャリア)。

本明細書のプロトコルは、Pdを含むように最近のPt-AuNRの作業を拡大し、リアルタイムで観察することができる主要な合成メトリックを強調し、還元プラズモン光沈着技術が他の金属ハロゲン化塩(Ag、Ni、Irなど)に対して適用可能であることを示す。

Protocol

1. Auナノロッドの割り当て 注:セチルトリムチランモニウム臭化物(CTAB)カバーAuNRは、湿った化学(ステップ1.1)によって合成されるか、または読者の好みに応じて商業的に購入され得る(ステップ1.2)、それぞれが同様の結果をもたらす。この研究の結果は、ペンタツイン結晶構造を持つ商業的に供給されたAuNRに基づいていました。二次金属殻の究極の形態に対するAuNR種子結晶…

Representative Results

透過UV-visスペクトル、X線光電子分光法(XPS)データ、および透過電子顕微鏡(TEM)画像は、暗い中および共振照射下でのH2 PdCl4の有無においてCTAB被覆AuNR用に取得された。図1および図2におけるPd.透過UV-visスペクトルの核化/増殖を触媒する縦方向SPR(LSPR)で、(a)前駆体リガンド金属電荷伝達(LMCT)の変化に応じて反応ダイナミクスに関する洞…

Discussion

透過UV-vis分光法を用いて光吸収性の変化を監視することは、H2 PdCl4のLMCT特徴に特に注意を払って、光触媒反応の状態を評価するのに有用である。ステップ2.3.1でH2 PdCl4を注入した後のLMCT特徴の波長最大値(図1の固体黒から固体青色に向かう)は、[PdCl 4]2-分子1の局所的な「環境」に関する洞察を提供する(?…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この研究は陸軍研究所が後援し、G.T.Fに授与されたUSARL協力協定番号W911NF‐17‐2‐0057の下で達成されました。この文書に含まれる見解と結論は著者のものであり、陸軍研究所または米国政府の公式方針(明示または黙示)を表すと解釈されるべきではありません。米国政府は、ここに著作権表記にかかわらず、政府の目的のために転載および配布する権限を有します。

Materials

Aspheric Condenser Lens w/ Diffuser Thorlabs ACL5040U-DG15 f=40 mm, NA=0.60, 1500 grit, uncoated
Deuterium + Tungsten-Halogen Lightsource StellarNet SL5
Gold Nanorods, AuNR NanoPartz A12-40-808-CTAB CTAB surfactant, 808 nm LSPR, 40 nm diameter
Ground Glass Diffuser Thorlabs DG20-1500 1500 grit, N-BK7
Hydrochloric acid, HCl J.T. Baker 9539-03 concentrated, 37%
Low Profile Magnetic Stirrer VWR 10153-690
Macro Disposable Cuvettes, UV Plastic FireFlySci 1PUV 10 mm path length
Methanol, MeOH J.T. Baker 9073-05 ≥99.9%
Palladium (II) chloride, PdCl2 Sigma Aldrich 520659 ≥99.9%
Plano-Convex Lens Thorlabs LA1145 f=75 mm, N-BK7, uncoated
Quartz Tungsten-Halogen Lamp Thorlabs QTH10
UV-vis Spectrometer Avantes ULS2048L-USB2-UA-RS AvaSpec-ULS2048L
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Riferimenti

  1. Forcherio, G. T. Targeted deposition of platinum onto gold nanorods by plasmonic hot electrons. Journal of Physical Chemistry C. 122 (50), 28901-28909 (2018).
  2. Langille, M. R., Personick, M. L., Mirkin, C. A. Plasmon-Mediated Syntheses of Metallic Nanostructures. Angewandte Chemie International Edition. 52 (52), 13910-13940 (2013).
  3. Qiu, J., Wei, W. D. Surface Plasmon-Mediated Photothermal Chemistry. The Journal of Physical Chemistry C. 118 (36), 20735-20749 (2014).
  4. Zhang, Y. Surface-Plasmon-Driven Hot Electron Photochemistry. Chemical Reviews. 118 (6), 2927-2954 (2018).
  5. Qiu, J., Wu, Y. C., Wang, Y. C., Engelhard, M. H., McElwee-White, L., Wei, W. D. Surface Plasmon Mediated Chemical Solution Deposition of Gold Nanoparticles on a Nanostructured Silver Surface at Room Temperature. Journal of the American Chemical Society. 135 (1), 38-41 (2013).
  6. Qiu, J. Surface Plasmon-Mediated Chemical Solution Deposition of Cu Nanoparticle Films. The Journal of Physical Chemistry C. 120 (37), 20775-20780 (2016).
  7. Boyd, D. A., Greengard, L., Brongersma, M., El-Naggar, M. Y., Goodwin, D. G. Plasmon-Assisted Chemical Vapor Deposition. Nano Letters. 6 (11), 2592-2597 (2006).
  8. Di Martino, G., Michaelis, F. B., Salmon, A. R., Hofmann, S., Baumberg, J. J. Controlling Nanowire Growth by Light. Nano Letters. 15 (11), 7452-7457 (2015).
  9. Di Martino, G., Turek, V. A., Braeuninger-Weimer, P., Hofmann, S., Baumberg, J. J. Laser-induced reduction and in-situ optical spectroscopy of individual plasmonic copper nanoparticles for catalytic reactions. Applied Physics Letters. 110 (7), 071111 (2017).
  10. Xue, C., Millstone, J. E., Li, S., Mirkin, C. A. Plasmon-Driven Synthesis of Triangular Core–Shell Nanoprisms from Gold Seeds. Angewandte Chemie International Edition. 46 (44), 8436-8439 (2007).
  11. Langille, M. R., Zhang, J., Mirkin, C. A. Plasmon-Mediated Synthesis of Heterometallic Nanorods and Icosahedra. Angewandte Chemie International Edition. 50 (15), 3543-3547 (2011).
  12. Zhai, Y. Polyvinylpyrrolidone-induced anisotropic growth of gold nanoprisms in plasmon-driven synthesis. Nature Materials. 15 (8), 889-895 (2016).
  13. Forcherio, G. T., Baker, D. R., Boltersdorf, J., McClure, J. P., Leff, A. C., Lundgren, C. A. Directed assembly of bimetallic nanoarchitectures by interfacial photocatalysis with plasmonic hot electrons. Nanophotonic Materials XV. 10720, 107200K (2018).
  14. Tebbe, M. Silver-Overgrowth-Induced Changes in Intrinsic Optical Properties of Gold Nanorods: From Noninvasive Monitoring of Growth Kinetics to Tailoring Internal Mirror Charges. The Journal of Physical Chemistry C. 119 (17), 9513-9523 (2015).
  15. Mayer, M. Controlled Living Nanowire Growth: Precise Control over the Morphology and Optical Properties of AgAuAg Bimetallic Nanowires. Nano Letters. 15 (8), 5427-5437 (2015).
  16. Nikoobakht, B., El-Sayed, M. A. Preparation and Growth Mechanism of Gold Nanorods (NRs) Using Seed-Mediated Growth Method. Chemistry of Materials. 15 (10), 1957-1962 (2003).
  17. Burrows, N. D., Harvey, S., Idesis, F. A., Murphy, C. J. Understanding the Seed-Mediated Growth of Gold Nanorods through a Fractional Factorial Design of Experiments. Langmuir. 33 (8), 1891-1907 (2017).
  18. Jana, N. R., Gearheart, L., Murphy, C. J. Seed-Mediated Growth Approach for Shape-Controlled Synthesis of Spheroidal and Rod-like Gold Nanoparticles Using a Surfactant Template. Advanced Materials. 13, 1389-1393 (2001).
  19. Kumar, D., Lee, A. R., Kaur, S., Lim, D. K. Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle. Journal of Visualized Experiments. 103, e53108 (2015).
  20. Paviolo, C., McArthur, S. L., Stoddart, P. R. Gold Nanorod-assisted Optical Stimulation of Neuronal Cells. Journal of Visualized Experiments. (98), e52566 (2015).
  21. Hoang, T. B., Huang, J., Mikkelsen, M. H. Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics. Journal of Visualized Experiments. (111), e53876 (2016).
  22. Ortiz, N. Harnessing Hot Electrons from Near IR Light for Hydrogen Production Using Pt-End-Capped-AuNRs. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (31), 25962-25969 (2017).
  23. Schiavo, L., Aversa, L., Tatti, R., Verucchi, R., Carotenuto, G. Structural Characterizations of Palladium Clusters Prepared by Polyol Reduction of [PdCl4]2− Ions. Journal of Analytical Methods in Chemistry. 2016, 9073594 (2016).
  24. Baffou, G., Quidant, R., García de Abajo, F. J. Nanoscale Control of Optical Heating in Complex Plasmonic Systems. ACS Nano. 4 (2), 709-716 (2010).
  25. Mulvaney, P. Surface Plasmon Spectroscopy of Nanosized Metal Particles. Langmuir. 12 (3), 788-800 (1996).
  26. Elding, L. I., Olsson, L. F. Electronic absorption spectra of square-planar chloro-aqua and bromo-aqua complexes of palladium(II) and platinum(II). The Journal of Physical Chemistry. 82 (1), 69-74 (1978).
  27. Swihart, D. L., Mason, W. R. Electronic spectra of octahedral platinum (IV) complexes. Inorganic Chemistry. 9 (7), 1749-1757 (1970).
  28. Forcherio, G. T., Dunklin, J. R., Backes, C., Vaynzof, Y., Benamara, M., Roper, D. K. Gold nanoparticles physicochemically bonded onto tungsten disulfide nanosheet edges exhibit augmented plasmon damping. AIP Advances. 7 (7), 075103 (2017).
  29. Boltersdorf, J., Forcherio, G. T., McClure, J. P., Baker, D. R., Leff, A. C., Lundgren, C. Visible Light-Promoted Plasmon Resonance to Induce “Hot” Hole Transfer and Photothermal Conversion for Catalytic Oxidation. The Journal of Physical Chemistry C. 122 (50), 28934-28948 (2018).
  30. da Silva, J. A., Meneghetti, R. M. New Aspects of the Gold Nanorod Formation Mechanism via Seed-Mediated Methods Revealed by Molecular Dynamics Simulations. Langmuir. 34 (1), 366-375 (2018).
  31. Teranishi, T., Miyake, M. Size Control of Palladium Nanoparticles and Their Crystal Structures. Chemistry of Materials. 10 (2), 594-600 (1998).
  32. Straney, P. J., Marbella, L. E., Andolina, C. M., Nuhfer, N. T., Millstone, J. E. Decoupling Mechanisms of Platinum Deposition on Colloidal Gold Nanoparticle Substrates. Journal of the American Chemical Society. 136 (22), 7873-7876 (2014).
  33. Cheng, N., Lv, H., Wang, W., Mu, S., Pan, M., Marken, F. An ambient aqueous synthesis for highly dispersed and active Pd/C catalyst for formic acid electro-oxidation. Journal of Power Sources. 195 (21), 7246-7249 (2010).
  34. Grzelczak, M., Perez-Juste, J., Garcia de Abajo, F. J., Liz-Marzan, L. M. Optical Properties of Platinum-Coated Gold Nanorods. The Journal of Physical Chemistry C. 111 (17), 6183-6188 (2007).
  35. Zheng, Z., Tachikawa, T., Majima, T. Single-Particle Study of Pt-Modified Au Nanorods for Plasmon-Enhanced Hydrogen Generation in Visible to Near-Infrared Region. Journal of the American Chemical Society. 136 (19), 6870-6873 (2014).
  36. Zheng, Z., Tachikawa, T., Majima, T. Plasmon-Enhanced Formic Acid Dehydrogenation Using Anisotropic Pd–Au Nanorods Studied at the Single-Particle Level. Journal of the American Chemical Society. 137 (2), 948-957 (2015).
  37. Grzelczak, M., Pérez-Juste, J., Rodríguez-González, B., Liz-Marzán, L. M. Influence of silver ions on the growth mode of platinum on gold nanorods. Journal of Materials Chemistry. 16 (40), 3946-3951 (2006).
  38. Joplin, A. Correlated Absorption and Scattering Spectroscopy of Individual Platinum-Decorated Gold Nanorods Reveals Strong Excitation Enhancement in the Nonplasmonic Metal. ACS Nano. 11 (12), 12346-12357 (2017).
  39. Sutter, P., Li, Y., Argyropoulos, C., Sutter, E. In Situ Electron Microscopy of Plasmon-Mediated Nanocrystal Synthesis. Journal of the American Chemical Society. 139 (19), 6771-6776 (2017).

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Forcherio, G. T., Baker, D. R., Leff, A. C., Boltersdorf, J., McClure, J. P., Grew, K. N., Lundgren, C. A. Photodeposition of Pd onto Colloidal Au Nanorods by Surface Plasmon Excitation. J. Vis. Exp. (150), e60041, doi:10.3791/60041 (2019).
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