Zerovalent धातु कोर नैनोकणों की पीढ़ी का प्रयोग एन (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
मांग और डिजाइनर nanomaterials बढ़ जाती है की अनुप्रयोगों, तो के रूप में संश्लेषण के विभिन्न तरीकों से करते हैं। इस तरह के लेजर पृथक या रासायनिक नक़्क़ाशी के रूप में "ऊपर से नीचे" तरीकों, उनके उत्कृष्ट controllability और मज़बूती से उप माइक्रोन के स्तर तक नीचे सामग्री को हल करने की क्षमता के लिए नियोजित किया गया है। इन विधियों थोक माल पर भरोसा महीन घटक है, जो आम तौर पर उत्पादन की लागत में वृद्धि के रूप में वांछित nanostructure आकार घटने में कार्रवाई की जा रही है। इस के संश्लेषण का एक वैकल्पिक तरीका "बॉटम-अप" दृष्टिकोण है, जो आणविक स्तर पर संश्लेषण को नियंत्रित करता है और वांछित nanostructure को मजबूत बनाता है। यह वांछित आत्म विधानसभा, कार्यक्षमता, सहनशीलता, और इन सामग्री nanostructured 1 की पीढ़ी में स्थिरता पर नियंत्रण का एक महत्वपूर्ण डिग्री प्रदान करता है। आणविक स्तर से काम करके, संकर nanocomposites एक ही संरचना के भीतर दोनों सामग्री का लाभ प्रदान करने उत्पन्न किया जा सकताफिर से।
Nanomaterials बॉटम-अप रणनीति के माध्यम से संश्लेषित कर रहे हैं के रूप में, तरीकों कण आकार, आकार, बनावट, hydrophobicity, porosity, प्रभारी, और कार्यक्षमता 2 नियंत्रित करने के लिए नियोजित किया जा करने की जरूरत है। धातु कोर nanoparticle संश्लेषण में, प्रारंभिक धातु नमक एक autocatalytic प्रक्रिया में कम हो जाता है शून्य वैलेंट कण, जो बदले में अन्य कण की nucleation प्रत्यक्ष उत्पन्न करते हैं। इस क्लस्टरिंग की ओर जाता है और अंत में nanoparticle उत्पादन 3। बनाया नैनोकणों के आकार पर नियंत्रण और उन्हें समाधान के बाहर precipitating से रोकने के प्रयास में, इस तरह ligands, surfactants, आयनिक प्रभारी, और बड़े पॉलिमर के रूप में स्टेबलाइजर्स आगे ढेर 4-10 से नैनोकणों को ब्लॉक करने की क्षमता के लिए शोषण कर रहे हैं। इन सामग्रियों को भारी समूहों की उपस्थिति के कारण या Coulombic repulsions 3 के माध्यम से या तो steric बाधा के माध्यम से, नैनोकणों के वान डर वाल्स आकर्षण को रोकती हैं।
टी मेंअपने काम, एक सतही, एक पॉट, सिंथेटिक silane का उपयोग कर विभिन्न धातु कोर नैनोकणों की पीढ़ी के लिए रणनीति, एन (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol (2-एएसटी) (चित्रा 1) प्रस्तुत किया है। इस परिसर पर ligands एक अपेक्षाकृत उच्च प्रभावकारिता के साथ धातु व्यापारियों को कम करने और धातु नैनोकणों स्थिर करने में सक्षम हैं। तीन silanol वर्तमान moieties भी crosslinking में सक्षम हैं और यह अपने मैट्रिक्स (चित्रा 2) के भीतर नैनोकणों के साथ गर्भवती organosilane बहुलक का एक परस्पर नेटवर्क रूपों। सबसे silanes, जो आसानी से पानी की उपस्थिति में हाइड्रोलिसिस से गुजरना के विपरीत, इस परिसर पानी है, जो hydrophobicity उद्देश्यों, स्थिरता, और नियंत्रण के लिए फायदेमंद है में स्थिर है।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस पत्र की रिपोर्ट में साल्ट केवल लवण है कि धातु का परीक्षण किया गया हैं। एक परिणाम के रूप में, यह है कि इस प्रतिक्रिया रणनीति धातुओं के सभी लवण, विशेष रूप से सोने के साथ काम करेगा अनिश्चित है। पानी में इन…
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).
