הפקדת המשטרה על הננו-מפלסי על ידי משטח פלשני הריגוש
Summary
פרוטוקול לצילום אנאיזוטרופי של המשטרה על מימית-מושעה Au nanorods באמצעות הפנים מקומי פליום הריגוש מוצג.
Abstract
פרוטוקול מתואר פוטוזרז מדריך משטרת התצהיר על Au nanorods (הבית) באמצעות התהודה משטח (SPR). מתרגש אלקטרונים מפלסטיק באמצעות SPR הקרנה כונן הפקדת המשטרה על הארכיון הקוליטיבי בנוכחות של [PdCl4]2-. פלמון מונחה הפחתה של מתכות משניות הפוטנציאל הקוולנטי, תת-גל תצהיר במיקומים ממוקדים בד בבד עם שדה חשמלי “נקודות חמות” של המצע הפלמונית באמצעות שדה חיצוני (למשל, לייזר). התהליך המתואר לעיל מפרט פתרון-שלב התצהיר של מתכת אצילית באופן מזרז פעיל (Pd) מתוך מעבר מתכת הליד מלח (H2pdcl4) על מימית באופן מידי מושעה, אנאיזוטרופי מבנים הפלסטיק (מבנה). תהליך הפתרון-שלב הוא נוטה ליצור ארכיטקטורות דו-תכתיים אחרים. שידור UV-vis ניטור של התגובה פוטוכימית, בשילוב עם מאתרו לשעבר XPS ו סטטיסטית בניתוח TEM, לספק משוב ניסיוני מיידית כדי להעריך את המאפיינים של מבנים תכתי כפי שהם להתפתח במהלך ה תגובת פוטוקטליטי. הקרנה פלמון ההקרנה של הדגל בנוכחות של [PdCl4]2- יוצרמעטפת דקה , מאוגד באופן מובהק של המשטרה, ללא השפעה משמעותית על התנהגות הפלמונית שלה בניסוי מייצג/אצווה. באופן כללי, מציעה מסלול חלופי לסינתזה בנפח גבוה וחסכוני של חומרים אלקטרואופטיקה עם מערך משנה-5 של ננומטר (למשל, פוטוזרזים הטרונומלים או חיבורי אלקטרואופטיקה).
Introduction
הנחיית מתכת המנחה על מצעים הפלסטיק באמצעות הספקים חם פלמונית שנוצר משדה חיצוני מהדהד יכול לתמוך 2-צעד היווצרות של הטרונומתכתית, ננו מבנים אניסוטרופי בתנאי הסביבה עם דרגות חדשות של חופש1 ,2,3. הכימיה הקונבנציונלית, הפקדת האדים, ו/או הגישה להפקדת החשמלית, אינם מתאימים לעיבוד רב-עוצמה. הדבר נובע בעיקר מבזבוז עודף/הקרבה, התפוקה הנמוכה של תהליכי הליטוגרפיה של 5 + צעדים, וסביבות תובעניות של אנרגיה (0.01-10 Torr ו/או 400-1000 בטמפרטורות ° c) עם מעט או ללא שליטה ישירה על מאפייני חומר התוצאה . טבילה של מצע פלמונית (למשל, Au ננו-חלקיק/seed) לסביבה מקודבת (למשל, מימית פתרון מלח המשטרה) תחת התאורה על המשטח מקומי הפלסטיק התהודה (SPR) יוזם מבחוץ-tunable (כלומר, פולריזציה שדה ו אינטנסיביות) פוטוכימיקלים הפקדת הקודמן דרך אלקטרונים חמים ו/או פוטותרמיים מעברי צבע3,4. לדוגמה, פרמטרים של פרוטוקול/דרישות עבור פירוק פוטותרמי מונחה באופן כללי של Au, Cu, Pb, ו-Ti אורגנומונושומים ו Ge hydrides על ננומובנית Ag ו Au מצעים מפורטים5,6, 7,8,9. עם זאת, שימוש באלקטרונים בעלי הפלמונית הפלאסיים השני למלחים מתכתיים בעלי מתכות לפתרון מתכת, נשאר במידה רבה, תהליכים חסרים המעסיקים ציטראט או פולי (ויניליפירווליזה) מתנהגים כמטען מתווך ממסרים לנוקלאוציה ישירה/צמיחה של המתכת המשנית2,10,11,12. Anisotropic Pt-קישוט של Au nanorods (הדגל) תחת האורך spr (lspr) הריגוש שדווח לאחרונה1,13 שבו התפלגות Pt בד בבד עם קוטביות דיפול (כלומר, התפלגות מרחבית של ספקים חמים).
הפרוטוקול מתרחב על פי העבודה האחרונה של ה-Pt-, שתכלול את Pd ומדגיש את מדדי הסינתזה המרכזיים שניתן לצפות בה בזמן אמת, המראה שיטת הצילום הדו הדו מתאימה כלפי מלחי מתכת הליד אחרים (Ag, Ni, Ir וכו ‘).
Protocol
Representative Results
Discussion
מעקב אחר שינויים בספיגת האופטיקה באמצעות שידור UV-vis ספקטרוסקופיית שימושי כדי להעריך את הסטטוס של התגובה פוטוקטליטית, עם תשומת לב מיוחדת לתכונות LMCT של H2pdcl4. אורך גל מקסימה של תכונות LMCT לאחר ההזרקה של H2pdcl4 בשלב 2.3.1 (הולך מ שחור מלא כדי כחול מוצק באיור 1) ל…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו היתה בחסות המעבדה לחקר הצבא והושגה תחת USARL הסכם שיתופי מספר W911NF ‐ 17 ‐ 2 ‐ 0057 הוענק G.T.F. ההשקפות והמסקנות הכלולות במסמך זה הן אלה של המחברים ואין לפרש אותן כמייצג מדיניות רשמית, ביטוי או מכללא, של המעבדה לחקר הצבא או של ממשלת ארה ב. ממשלת ארה ב מוסמכת להתרבות ולהפיץ הדפסים מחדש למטרות ממשלתיות למרות כל סימון זכויות יוצרים במסמך זה.
Materials
| Aspheric Condenser Lens w/ Diffuser | Thorlabs | ACL5040U-DG15 | f=40 mm, NA=0.60, 1500 grit, uncoated |
| Deuterium + Tungsten-Halogen Lightsource | StellarNet | SL5 | |
| Gold Nanorods, AuNR | NanoPartz | A12-40-808-CTAB | CTAB surfactant, 808 nm LSPR, 40 nm diameter |
| Ground Glass Diffuser | Thorlabs | DG20-1500 | 1500 grit, N-BK7 |
| Hydrochloric acid, HCl | J.T. Baker | 9539-03 | concentrated, 37% |
| Low Profile Magnetic Stirrer | VWR | 10153-690 | |
| Macro Disposable Cuvettes, UV Plastic | FireFlySci | 1PUV | 10 mm path length |
| Methanol, MeOH | J.T. Baker | 9073-05 | ≥99.9% |
| Palladium (II) chloride, PdCl2 | Sigma Aldrich | 520659 | ≥99.9% |
| Plano-Convex Lens | Thorlabs | LA1145 | f=75 mm, N-BK7, uncoated |
| Quartz Tungsten-Halogen Lamp | Thorlabs | QTH10 | |
| UV-vis Spectrometer | Avantes | ULS2048L-USB2-UA-RS | AvaSpec-ULS2048L |
References
- Forcherio, G. T. Targeted deposition of platinum onto gold nanorods by plasmonic hot electrons. Journal of Physical Chemistry C. 122 (50), 28901-28909 (2018).
- Langille, M. R., Personick, M. L., Mirkin, C. A. Plasmon-Mediated Syntheses of Metallic Nanostructures. Angewandte Chemie International Edition. 52 (52), 13910-13940 (2013).
- Qiu, J., Wei, W. D. Surface Plasmon-Mediated Photothermal Chemistry. The Journal of Physical Chemistry C. 118 (36), 20735-20749 (2014).
- Zhang, Y. Surface-Plasmon-Driven Hot Electron Photochemistry. Chemical Reviews. 118 (6), 2927-2954 (2018).
- Qiu, J., Wu, Y. C., Wang, Y. C., Engelhard, M. H., McElwee-White, L., Wei, W. D. Surface Plasmon Mediated Chemical Solution Deposition of Gold Nanoparticles on a Nanostructured Silver Surface at Room Temperature. Journal of the American Chemical Society. 135 (1), 38-41 (2013).
- Qiu, J. Surface Plasmon-Mediated Chemical Solution Deposition of Cu Nanoparticle Films. The Journal of Physical Chemistry C. 120 (37), 20775-20780 (2016).
- Boyd, D. A., Greengard, L., Brongersma, M., El-Naggar, M. Y., Goodwin, D. G. Plasmon-Assisted Chemical Vapor Deposition. Nano Letters. 6 (11), 2592-2597 (2006).
- Di Martino, G., Michaelis, F. B., Salmon, A. R., Hofmann, S., Baumberg, J. J. Controlling Nanowire Growth by Light. Nano Letters. 15 (11), 7452-7457 (2015).
- Di Martino, G., Turek, V. A., Braeuninger-Weimer, P., Hofmann, S., Baumberg, J. J. Laser-induced reduction and in-situ optical spectroscopy of individual plasmonic copper nanoparticles for catalytic reactions. Applied Physics Letters. 110 (7), 071111 (2017).
- Xue, C., Millstone, J. E., Li, S., Mirkin, C. A. Plasmon-Driven Synthesis of Triangular Core–Shell Nanoprisms from Gold Seeds. Angewandte Chemie International Edition. 46 (44), 8436-8439 (2007).
- Langille, M. R., Zhang, J., Mirkin, C. A. Plasmon-Mediated Synthesis of Heterometallic Nanorods and Icosahedra. Angewandte Chemie International Edition. 50 (15), 3543-3547 (2011).
- Zhai, Y. Polyvinylpyrrolidone-induced anisotropic growth of gold nanoprisms in plasmon-driven synthesis. Nature Materials. 15 (8), 889-895 (2016).
- Forcherio, G. T., Baker, D. R., Boltersdorf, J., McClure, J. P., Leff, A. C., Lundgren, C. A. Directed assembly of bimetallic nanoarchitectures by interfacial photocatalysis with plasmonic hot electrons. Nanophotonic Materials XV. 10720, 107200K (2018).
- Tebbe, M. Silver-Overgrowth-Induced Changes in Intrinsic Optical Properties of Gold Nanorods: From Noninvasive Monitoring of Growth Kinetics to Tailoring Internal Mirror Charges. The Journal of Physical Chemistry C. 119 (17), 9513-9523 (2015).
- Mayer, M. Controlled Living Nanowire Growth: Precise Control over the Morphology and Optical Properties of AgAuAg Bimetallic Nanowires. Nano Letters. 15 (8), 5427-5437 (2015).
- Nikoobakht, B., El-Sayed, M. A. Preparation and Growth Mechanism of Gold Nanorods (NRs) Using Seed-Mediated Growth Method. Chemistry of Materials. 15 (10), 1957-1962 (2003).
- Burrows, N. D., Harvey, S., Idesis, F. A., Murphy, C. J. Understanding the Seed-Mediated Growth of Gold Nanorods through a Fractional Factorial Design of Experiments. Langmuir. 33 (8), 1891-1907 (2017).
- Jana, N. R., Gearheart, L., Murphy, C. J. Seed-Mediated Growth Approach for Shape-Controlled Synthesis of Spheroidal and Rod-like Gold Nanoparticles Using a Surfactant Template. Advanced Materials. 13, 1389-1393 (2001).
- Kumar, D., Lee, A. R., Kaur, S., Lim, D. K. Visible-light Induced Reduction of Graphene Oxide Using Plasmonic Nanoparticle. Journal of Visualized Experiments. 103, e53108 (2015).
- Paviolo, C., McArthur, S. L., Stoddart, P. R. Gold Nanorod-assisted Optical Stimulation of Neuronal Cells. Journal of Visualized Experiments. (98), e52566 (2015).
- Hoang, T. B., Huang, J., Mikkelsen, M. H. Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics. Journal of Visualized Experiments. (111), e53876 (2016).
- Ortiz, N. Harnessing Hot Electrons from Near IR Light for Hydrogen Production Using Pt-End-Capped-AuNRs. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (31), 25962-25969 (2017).
- Schiavo, L., Aversa, L., Tatti, R., Verucchi, R., Carotenuto, G. Structural Characterizations of Palladium Clusters Prepared by Polyol Reduction of [PdCl4]2− Ions. Journal of Analytical Methods in Chemistry. 2016, 9073594 (2016).
- Baffou, G., Quidant, R., García de Abajo, F. J. Nanoscale Control of Optical Heating in Complex Plasmonic Systems. ACS Nano. 4 (2), 709-716 (2010).
- Mulvaney, P. Surface Plasmon Spectroscopy of Nanosized Metal Particles. Langmuir. 12 (3), 788-800 (1996).
- Elding, L. I., Olsson, L. F. Electronic absorption spectra of square-planar chloro-aqua and bromo-aqua complexes of palladium(II) and platinum(II). The Journal of Physical Chemistry. 82 (1), 69-74 (1978).
- Swihart, D. L., Mason, W. R. Electronic spectra of octahedral platinum (IV) complexes. Inorganic Chemistry. 9 (7), 1749-1757 (1970).
- Forcherio, G. T., Dunklin, J. R., Backes, C., Vaynzof, Y., Benamara, M., Roper, D. K. Gold nanoparticles physicochemically bonded onto tungsten disulfide nanosheet edges exhibit augmented plasmon damping. AIP Advances. 7 (7), 075103 (2017).
- Boltersdorf, J., Forcherio, G. T., McClure, J. P., Baker, D. R., Leff, A. C., Lundgren, C. Visible Light-Promoted Plasmon Resonance to Induce “Hot” Hole Transfer and Photothermal Conversion for Catalytic Oxidation. The Journal of Physical Chemistry C. 122 (50), 28934-28948 (2018).
- da Silva, J. A., Meneghetti, R. M. New Aspects of the Gold Nanorod Formation Mechanism via Seed-Mediated Methods Revealed by Molecular Dynamics Simulations. Langmuir. 34 (1), 366-375 (2018).
- Teranishi, T., Miyake, M. Size Control of Palladium Nanoparticles and Their Crystal Structures. Chemistry of Materials. 10 (2), 594-600 (1998).
- Straney, P. J., Marbella, L. E., Andolina, C. M., Nuhfer, N. T., Millstone, J. E. Decoupling Mechanisms of Platinum Deposition on Colloidal Gold Nanoparticle Substrates. Journal of the American Chemical Society. 136 (22), 7873-7876 (2014).
- Cheng, N., Lv, H., Wang, W., Mu, S., Pan, M., Marken, F. An ambient aqueous synthesis for highly dispersed and active Pd/C catalyst for formic acid electro-oxidation. Journal of Power Sources. 195 (21), 7246-7249 (2010).
- Grzelczak, M., Perez-Juste, J., Garcia de Abajo, F. J., Liz-Marzan, L. M. Optical Properties of Platinum-Coated Gold Nanorods. The Journal of Physical Chemistry C. 111 (17), 6183-6188 (2007).
- Zheng, Z., Tachikawa, T., Majima, T. Single-Particle Study of Pt-Modified Au Nanorods for Plasmon-Enhanced Hydrogen Generation in Visible to Near-Infrared Region. Journal of the American Chemical Society. 136 (19), 6870-6873 (2014).
- Zheng, Z., Tachikawa, T., Majima, T. Plasmon-Enhanced Formic Acid Dehydrogenation Using Anisotropic Pd–Au Nanorods Studied at the Single-Particle Level. Journal of the American Chemical Society. 137 (2), 948-957 (2015).
- Grzelczak, M., Pérez-Juste, J., Rodríguez-González, B., Liz-Marzán, L. M. Influence of silver ions on the growth mode of platinum on gold nanorods. Journal of Materials Chemistry. 16 (40), 3946-3951 (2006).
- Joplin, A. Correlated Absorption and Scattering Spectroscopy of Individual Platinum-Decorated Gold Nanorods Reveals Strong Excitation Enhancement in the Nonplasmonic Metal. ACS Nano. 11 (12), 12346-12357 (2017).
- Sutter, P., Li, Y., Argyropoulos, C., Sutter, E. In Situ Electron Microscopy of Plasmon-Mediated Nanocrystal Synthesis. Journal of the American Chemical Society. 139 (19), 6771-6776 (2017).
