الترسب الضوئي للPd on الغروية Au Nanorods بواسطة الإثارة البلازمون السطحية
Summary
يتم تقديم بروتوكول للترسب الضوئي غير متساوي المدار من Pd على nanorods Au المعلقة بمائي عن طريق الإثارة بلازمون السطح المحلي.
Abstract
يتم وصف بروتوكول لتوجيه التصوير الضوئي الترسيب PD على Au nanorods (AuNR) باستخدام صدى بلازمون السطح (SPR). الإلكترونات الساخنة البلازمونية متحمس على التشعيع SPR محرك الترسيب الاختزاليمن Pd على AuNR الغروية في وجود [PdCl 4]2-. إن الحد من المعادن الثانوية الذي يحركه البلازمون يقوي ترسب اللمعة، دون الطول الموجي في المواقع المستهدفة التي تتزامن مع المجال الكهربائي “البقع الساخنة” من الركيزة البلازمونية باستخدام حقل خارجي (مثل الليزر). تفاصيل العملية الموصوفة هنا ترسب مرحلة الحل لمعدن نبيل نشط تحفيزي (Pd) من ملح هاليد معدني انتقالي (H2PdCl4)على هياكل بلازمونية غير متجانسة (AuNR) معلقة بمائي. عملية مرحلة الحل قابلة لصنع البنى الأخرى ثنائية المعدن. إرسال الأشعة فوق البنفسجية في مقابل رصد التفاعل الكيميائي الضوئي، إلى جانب XPS خارج الموقع وتحليل TEM الإحصائية، وتوفير التغذية المرتدة التجريبية الفورية لتقييم خصائص الهياكل ثنائية المعدن كما تتطور خلال رد الفعل الحفاز الضوئي. التشعيع البلازمون الرنانة من AuNR في وجود [PdCl4]2- يخلق رقيقة، covalently ملزمة Pd0 قذيفة دون أي تأثير المثبطة كبيرة على سلوكها بلازمونيك في هذه التجربة التمثيلية / دفعة. وعموماً، فإن الترسبا الضوئي للبلازمونية يوفر طريقاً بديلاً للتوليف الاقتصادي للمواد البصرية الإلكترونية ذات الخصائص دون 5 نانومتر (مثل المحفزات الضوئية غير المتجانسة أو الوصلات الإلكترونية البصرية).
Introduction
يمكن أن تدعم الترسيب المعدنية الموجهة على ركائز البلازمونية عن طريق الناقلات الساخنة البلازمونية المتولدة من حقل خارجي رنانة تشكيل ًا ثنائي خطوة من الهياكل النانوية غير المتجانسة غير المتجانسة وغير متساوية في الظروف المحيطة مع درجات جديدة من الحرية1 ،2،3. كيمياء الأكسدة التقليدية، ترسب البخار، و / أو نهج الكهربائي غير مناسبة لمعالجة عالية الحجم. ويرجع ذلك في المقام الأول إلى النفايات الكاشفة الزائدة/الذبيحة، وانخفاض الإنتاجية 5+ عملية الطباعة الحجرية خطوة، والبيئات كثيفة الطاقة (0.01-10 تور و / أو 400-1000 درجة مئوية درجات الحرارة) مع سيطرة مباشرة قليلة أو معدومة على الخصائص المادية الناتجة . الغمر من الركيزة البلازمونية (على سبيل المثال، Au nanoparticle /seed) في بيئة السلائف (على سبيل المثال، محلول ملح Pd المائي) تحت الإضاءة عند الرنين السطحي الموضعي (SPR) يبدأ خارجياً – قابل للضبط (أي الاستقطاب الميداني والاستقطاب الميداني و كثافة) الترسيب الكيميائي الضوئي للسلائف عن طريق الإلكتروناتالساخنة بلازمونية و / أو التدرجات الحرارية الضوئية 3،4. على سبيل المثال، تم تفصيل معلمات/متطلبات البروتوكول للتحلل الحراري الضوئي القائم بالبلازماونا من Au وCu وPb وTi organometallics وGe hydrides on nanostructured Ag وAu الركائز5و6، 7،8،9. ومع ذلك، فإن استخدام الإلكترونات الساخنة البلازمونية فيميتوالثانية للتصوير المباشر للأملاح المعدنية في واجهة محلول معدني لا يزال غير متطور إلى حد كبير، وغياب العمليات التي تستخدم سيترات أو بولي (فينيلبيروليدون) ligands بمثابة تهمة وسيط المرحلات إلى النويات المباشرة /نمو المعادن الثانوية 2،10،11،12. غير متجانسة Pt-الديكور من Au nanorods (AuNR) تحت الإثارة طولية SPR (LSPR) تم الإبلاغ مؤخرا1,13 حيث تزامن توزيع Pt مع قطبية ثنائي القطب (أي التوزيع المكاني المفترض لل الناقلين الساخنة).
ويوسع البروتوكول هنا نطاق العمل الأخير Pt-AuNR ليشمل Pd ويسلط الضوء على المقاييس التوليفية الرئيسية التي يمكن ملاحظتها في الوقت الحقيقي، مما يدل على أن تقنية الترسب الضوئي البلازموني الاختزالي تنطبق على أملاح هاليد المعدنية الأخرى (Ag، Ni، Ir، إلخ).
Protocol
Representative Results
Discussion
رصد التغيرات في الامتصاص البصري باستخدام الإرسال الأشعة فوق البنفسجية في مواجهة مطيافية مفيد لتقييم حالة التفاعل الحفاز الضوئي، مع إيلاء اهتمام خاص لميزات LMCT من H2PdCl4. الطول الموجي ماكسيما من ميزات LMCT بعد حقن H2PdCl4 في الخطوة 2.3.1 (الانتقال من الأسود الصلب إلى الأزرق ال…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد تم رعاية هذا العمل من قبل مختبر أبحاث الجيش وتم إنجازه بموجب اتفاقية التعاون USARL رقم W911NF-17-2-0057 الممنوحة لـ G.T.F. الآراء والاستنتاجات الواردة في هذه الوثيقة هي آراء واستنتاجات المؤلفين ولا ينبغي تفسيرها على أنها تمثل السياسات الرسمية، سواء كانت صريحة أو ضمنية، لمختبر أبحاث الجيش أو حكومة الولايات المتحدة. يحق لحكومة الولايات المتحدة إعادة إنتاج وتوزيع إعادة الطبع لأغراض حكومية على الرغم من أي تدوين لحقوق الطبع والنشر هنا.
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 |
Referências
- 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).
