Generering av nollvärd metallkärna Nanopartiklar med användning av N- (2-aminoetyl) -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
Eftersom efterfrågan och tillämpningar av designer nanomaterial ökar, så gör de olika syntesmetoder. "Top-down" metoder, såsom laserablation eller kemisk etsning har använts för deras utmärkta styrbarhet och förmåga att lösa material tillförlitligt ner till submikrona nivå. Dessa metoder förlitar sig på bulkmaterial som bearbetas till finare komponenter, som vanligtvis ökar produktionskostnaderna som den önskade nanostruktur storleken minskar. En alternativ metod för syntes till detta är den "bottom-up" -metod, som styr syntes på molekylär nivå och bygger upp till den önskade nanostruktur. Detta ger en betydande grad av kontroll på den önskade självmontering, funktionalitet, passivitet, och stabilitet vid genereringen av dessa nanostrukturerade material 1. Genom att arbeta från molekylär nivå, kan hybrid nanokompositer genereras ger fördelarna med både material i samma structure.
Som nanomaterial syntetiseras genom bottom-up-strategi, metoder måste användas för att kontrollera partikelstorlek, form, textur, hydrofobicitet, porositet, laddning, och funktionalitet 2. I metallkärna nanopartikelsyntes, är den initiala metallsaltet reduceras i en autokatalytisk process för att generera nollvalent partiklar, vilket i sin tur styr kärnbildning av annan partikel. Detta leder till klustring och slutligen nanopartiklar produktion 3. I ett försök att kontrollera storleken av nanopartiklar som skapats och hindra dem från att falla ut ur lösningen, är stabilisatorer såsom ligander, ytaktiva medel, jonladdning, och stora polymerer utnyttjas för deras förmåga att blockera nanopartiklar från ytterligare agglomerering 4-10. Dessa material inhiberar van der Waals attraktion av nanopartiklar, antingen genom steriskt hinder på grund av närvaron av skrymmande grupper eller genom Coulombic repulsioner 3.
i thans arbete, en enkel, en kruka, syntetisk strategi för alstring av olika metallkärnnanopartiklar med användning av silan, är N- (2-aminoetyl) -3-aminosilanetriol (2-AST) presenterade (fig 1). Ligander på denna förening är i stånd att reducera metall prekursorer och stabilisera metallnanopartiklar med en relativt hög effekt. De tre silanol delar närvarande är också i stånd att tvärbindning och detta bildar ett sammanhängande nätverk av organosilan polymer impregnerad med nanopartiklar inom sin matris (Figur 2). Till skillnad från de flesta silaner, som lätt undergår hydrolys i närvaro av vatten, är denna förening stabiliseras i vatten, vilket är fördelaktigt för hydrofoba ändamål, stabilitet och kontroll.
Protocol
Representative Results
Discussion
Salter som redovisas i detta dokument är de enda salter som testades av ifrågavarande metall. Som ett resultat, är det osäkert att denna reaktion strategi skulle fungera med alla salter av metaller, i synnerhet guld. Lösligheten för dessa salter i vatten kan också påverka resultatet av reaktionen i termer av reaktionstid, morfologi och utbyten. I alla reaktioner var silanen sattes till en redan upplöst metallsaltlösning.
Det är värt att notera att försiktighet måste vidtas för…
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).
