جيل من Zerovalent المعادن الأساسية النانوية باستخدام ن- (2-aminoethyl) -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
حيث أن الطلب وتطبيقات الزيادات مصمم المواد متناهية الصغر، لذلك أساليب مختلفة من التوليف. وقد استخدمت أساليب "من أعلى إلى أسفل"، مثل الاستئصال بالليزر أو الحفر الكيميائي لإمكانية التحكم بها الممتاز والقدرة على حل المواد بشكل موثوق وصولا الى مستوى شبه ميكرون. هذه الأساليب تعتمد على المواد السائبة التي يجري تجهيزها في المكونات الدقيقة، والتي تزيد عادة تكلفة الإنتاج ويقلل من حجم البنية النانوية المطلوب. طريقة بديلة لتوليف لهذا هو نهج "أسفل إلى أعلى"، التي تسيطر على التوليف على المستوى الجزيئي ويبني على البنية النانوية المطلوب. هذا يضفي على درجة كبيرة من السيطرة على المطلوب التجميع الذاتي، وظائف، سلبية، والاستقرار في توليد هذه المواد ذات البنية النانومترية 1. من خلال العمل من المستوى الجزيئي، nanocomposites الهجينة يمكن أن تتولد توفير فوائد كل من المواد في نفس structuإعادة.
كما يتم تجميع المواد متناهية الصغر من خلال استراتيجية من أسفل إلى أعلى، وتحتاج إلى استخدامها للسيطرة على حجم الجسيمات والشكل والملمس، وللا مائية، المسامية، تهمة، وظائف 2 الأساليب. في تخليق جسيمات متناهية الصغر المعادن الأساسية، يتم تقليل الملح معدن الأولي في عملية بالحفز لتوليد جزيئات الصفر التكافؤ، والتي بدورها توجيه التنوي من الجسيمات الأخرى. وهذا يؤدي إلى تجميع وإنتاج جسيمات متناهية الصغر أخيرا 3. في محاولة للسيطرة على حجم الجسيمات النانوية التي تم إنشاؤها ومنعهم من عجل من الحل، وتستغل مثبتات مثل بروابط، السطحي، وتهمة الأيونية، والبوليمرات كبيرة لقدرتها على منع النانوية من مزيد من التكتل 4-10. هذه المواد تمنع فان دير فال جذب الجسيمات النانوية، إما عن طريق الإعاقة الفراغية بسبب وجود مجموعات ضخمة أو من خلال النفور Coulombic 3.
في تيعمله، لذلك، وعاء واحد، واستراتيجية السطحية الاصطناعية للجيل مختلف النانوية الأساسية المعدنية باستخدام سيلاني، يتم تقديم ن- (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol (2-AST) (الشكل 1). بروابط على هذا المركب هي قادرة على الحد من السلائف المعادن واستقرار الجسيمات النانوية المعدنية مع فعالية عالية نسبيا. الأنصاف silanol ثلاثة الحالية هي أيضا قادرة على يشابك وهذا يشكل شبكة مترابطة من البوليمر organosilane مشربة النانوية داخل المصفوفة في (الشكل 2). وخلافا لمعظم silanes، التي تخضع بسهولة المائي في وجود الماء، واستقر هذا المركب في الماء، وهو مفيد لأغراض للا مائية والاستقرار والسيطرة.
Protocol
Representative Results
Discussion
الأملاح التي أعلن عنها في هذه الورقة هي أملاح الوحيدة التي تم اختبارها من هذا المعدن. ونتيجة لذلك، فإنه من غير المؤكد أن هذه الاستراتيجية رد فعل ستعمل مع جميع أملاح المعادن، وخصوصا الذهب. ذوبان هذه الأملاح في الماء قد تؤثر أيضا على نتائج رد الفعل من حيث وقت رد الفعل، م…
Disclosures
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).
