Die Erzeugung von nullwertigen Metallkern Nanopartikel unter Verwendung von N- (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
Da die Nachfrage und Anwendungen von Nanomaterialien Designer erhöht sich auch die verschiedenen Methoden der Synthese. Die "top-down" Verfahren wie Laserablation oder chemisches Ätzen wurden für ihre ausgezeichnete Steuerbarkeit und die Fähigkeit zur Lösung von Materialien zuverlässig bis in den Sub-Mikrometerbereich eingesetzt. Diese Verfahren beruhen auf Schüttgütern in feinere Komponenten verarbeitet werden, die typischerweise die Produktionskosten erhöhen, da die gewünschte Nanostruktur Größe abnimmt. Ein alternatives Verfahren zur Synthese dazu ist der "bottom-up" Ansatz, der Synthese auf molekularer Ebene steuert und baut auf die gewünschte Nanostruktur auf. Dies verleiht ein hohes Maß an Kontrolle über die gewünschte Selbstorganisation, Funktionalität, Passivität, und Stabilität in der Erzeugung dieser nanostrukturierten Materialien 1. Durch die von der molekularen Ebene arbeiten, können Hybrid-Nanoverbundwerkstoffe erzeugt werden, sofern die Vorteile beider Materialien innerhalb der gleichen structuRe.
Als Nanomaterialien durch die Bottom-up-Strategie synthetisiert werden, müssen Methoden eingesetzt werden Partikelgröße zu steuern, Form, Textur, Hydrophobie, Porosität, Ladung und Funktionalität 2. In Metallkern Nanopartikelsynthese, die anfängliche Metallsalz wird in einem autokatalytischen Prozess reduziert nullwertigen Teilchen zu erzeugen, die wiederum die Keimbildung weiterer Partikel richten. Dies führt zu einer Bündelung und schließlich zur Herstellung von Nanopartikeln 3. In dem Bemühen, die Größe von Nanopartikeln erzeugt zu steuern und zu verhindern, dass sie aus der Lösung ausgefällt, Stabilisatoren, wie Liganden, Tenside, Ionenladung und große Polymere sind für ihre Fähigkeit ausgenutzt Nanopartikeln aus 4-10 weitere Agglomeration zu blockieren. Diese Materialien hemmen die van der Waals-Anziehung der Nanopartikel, entweder durch sterische Hinderung aufgrund der Anwesenheit von sperrigen Gruppen oder durch Coulomb-Abstoßung 3.
in tseine Arbeit, eine einfache, ein Topf, Synthesestrategie für die Erzeugung von verschiedenen Nanopartikeln Metallkern mit dem Silan, wird N- (2-Aminoethyl) -3-aminosilanetriol (2-AST) vorgestellt (Abbildung 1). Liganden dieser Verbindung sind in der Lage Metallvorläufer reduziert und Metall-Nanopartikel mit einer relativ hohen Wirksamkeit zu stabilisieren. Die drei Silanol-Reste vorhanden sind, auch zur Vernetzung befähigten und dies bildet ein zusammenhängendes Netzwerk von Organosilan-Polymer mit Nanopartikeln innerhalb seiner Matrix imprägniert (Abbildung 2). Anders als die meisten Silane, die leicht Hydrolyse in Gegenwart von Wasser unterzogen werden, wird diese Verbindung in Wasser stabilisiert, das zur Hydrophobierungszwecke vorteilhaft ist, Stabilität und Kontrolle.
Protocol
Representative Results
Discussion
Salze in dieser Veröffentlichung sind die einzigen Salze, die dieses Metalls getestet wurden. Infolgedessen ist es ungewiss, dass diese Reaktion Strategie alle Salze der Metalle funktionieren würde, insbesondere Gold. Die Löslichkeit dieser Salze in Wasser kann auch das Ergebnis der Reaktion in Bezug auf die Reaktionszeit, die Morphologie beeinflussen, und Ausbeuten. In allen Reaktionen wurde das Silan zu einem bereits gelösten Metallsalz-Lösung gegeben.
Es sei darauf hingewiesen, dass …
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).
