הדור של Zerovalent מתכת Core חלקיקים שימוש 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
ככל שהביקוש והיישומים של עליות ננו המעצב, אז לעשות את השיטות השונות של סינתזה. שיטות "מלמעלה למטה", כגון אבלציה ליזר או תחריט כימי כבר מועסקות controllability המעולה שלהם ויכלו לפתור חומרים באופן מהימן עד לרמה תת-מיקרון. שיטות אלו מבוסס על חומרים בתפזורת מעובדת למרכיבים עדינים, אשר בדרך כלל להגדיל את העלות של ייצור כמו גודל ננו-המבנה הרצוי פוחתות. שיטה חלופית של סינתזה זו הגישה "מלמטה למעלה", השולטת סינתזה ברמה מולקולרית ובונה עד ננו-המבנה הרצוי. זה מקנה מידה משמעותית של שליטה על הרכבה עצמית, הפונקציונלית רצויה, פסיביות, ויציבות בדור של חומרי nanostructured אלה 1. הודות לשיתוף פעולה מהרמה המולקולרית, nanocomposites היברידית יכול להיווצר לספק את היתרונות של שני החומרים בתוך אותה structuמִחָדָשׁ.
כמו ננו מסונתז באמצעות האסטרטגיה מלמטה למעלה, שיטות צריכות להיות מועסק על מנת לשלוט גודל חלקיקים, צורה, מרקם, הידרופוביות, נקבובי, פריצה, ופונקציונלי 2. בסינתזת nanoparticle מתכת ליבה, מלח המתכת הראשוני מצטמצם בתהליך autocatalytic ליצור חלקיקי אפס ערכי, אשר בתורו לכוון את ההתגרענות של חלקיק אחר. זה מוביל clustering ו -3 ייצור ננו-חלקיקים לבסוף. במאמץ לשלוט על הגודל של חלקיקים שנוצרו ולמנוע מהם מזרזים מתוך פתרון, מייצב כגון הליגנדים, פעיל שטח, מטען יוני, ופולימרים גדולים מנוצלים על יכל לחסום חלקיקים מן למסכת נוספת 4-10. חומרים אלו מעכבים את האטרקציה ואן דר ואלס של החלקיקים, בין אם באמצעות הפרעה סטרית בשל נוכחותם של קבוצות מגושמות או דרך Coulombic 3 repulsions.
בשנת tעבודתו, סיר קליל, אחד, אסטרטגיה סינטתית עבור דור של חלקיקי ליבת מתכת שונה באמצעות silane, n- (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol (2-AST) מוצגת (איור 1). הליגנדים על המתחם הזה הוא מסוגלים להפחית מבשרי מתכת וייצוב חלקיקי מתכת עם יעילות גבוהה יחסית. השלושה moieties silanol הנוכחי הם גם מסוגלים crosslinking וזה מהווה רשת המקושרים ביניהם של פולימר organosilane ספוג חלקיקים בתוך המטריצה שלה (איור 2). בניגוד לרוב silanes, אשר עוברים הידרוליזה בקלות בנוכחות מים, המתחם הזה הוא התייצב במים, דבר המהווה יתרון למטרות הידרופוביות, יציבות ושליטה.
Protocol
Representative Results
Discussion
מלח דיווח בעיתון זה הוא המלחים רק שנבדקו מתכת זה. כתוצאה מכך, אין הוודאות כי אסטרטגית תגובה זה יעבוד עם כל המלחים של המתכות, בעיקר זהב. המסיסות של מלחים אלה במים עלולה גם להשפיע על התוצאה של התגובה במונחים של זמן תגובה, מורפולוגיה, ותשואות. בכל התגובות, silane התווסף פתרון …
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).
