Fotodeposición de Pd en Colloidal Au Nanorods por Surface Plasmon Excitation
Summary
Se presenta un protocolo para la fotodeposición anisotrópica de Pd sobre nanorods Au suspendidas acuosamente a través de la excitación de plasmón superficial localizada.
Abstract
Se describe un protocolo para guiar fotocatállíticamente la deposición de Pd en nanorods Au (AuNR) utilizando resonancia plasmal de superficie (SPR). Electrones calientes plasmónicos excitados sobre la deposición reductiva de la unidad de irradiación SPR de Pd en AuNR coloidal en presencia de [PdCl4]2-. La reducción impulsada por Plasmon de metales secundarios potencia la deposición covalente de sublongitud de onda en lugares específicos que coinciden con los “puntos calientes” de campo eléctrico del sustrato plasmónico utilizando un campo externo (por ejemplo, láser). El proceso descrito aquí detalla una deposición en fase de solución de un metal noble catalítico-activo (Pd) de una sal de halogenuro sano metálico de transición (H2PdCl4) sobre estructuras plasmónicas anisotrópicas suspendidas aqueositamente (AuNR). El proceso de fase de solución es susceptible de crear otras arquitecturas bimetálicas. La monitorización UV-vis de transmisión de la reacción fotoquímica, junto con el XPS ex situ y el análisis estadístico de TEM, proporcionan retroalimentación experimental inmediata para evaluar las propiedades de las estructuras bimetálicas a medida que evolucionan durante el reacción fotocatalítica. La irradiación de plasmon resonante de AuNR en presencia de [PdCl4]2- crea un caparazón Pd0 delgado, unido covalentemente sin ningún efecto de amortiguación significativo en su comportamiento plasmónico en este experimento/lote representativo. En general, la fotodeposición plasmónica ofrece una ruta alternativa para la síntesis económica y de gran volumen de materiales optoelectrónicos con características de menos de 5 nm (por ejemplo, fotocatalizadores heterometálicos o interconexiones optoelectrónicas).
Introduction
La deposición metálica guía sobre sustratos plasmónicos a través de portadores calientes plasmónicos generados a partir de un campo externo resonante podría apoyar la formación de nanoestructuras anisotrópicas heterometálicas en condiciones ambientales con nuevos grados de libertad1 ,2,3. La química de redox convencional, la deposición de vapor y/o los enfoques de electrodeposición no son adecuados para el procesamiento de gran volumen. Esto se debe principalmente al exceso/sacrificio de reactivos, procesos de litografía de 5+ pasos de bajo rendimiento y entornos con un uso intensivo de energía (0,01-10 Torr y/o temperaturas de 400-1000 o C) con poco o ningún control directo sobre las características del material resultante . La inmersión de un sustrato plasmónico (por ejemplo, Au nanopartículas/semillas) en un entorno precursor (por ejemplo, solución acuosa de sal de Pd) bajo iluminación en la superficie localizada de resonancia plasmómica (SPR) inicia intensidad) deposición fotoquímica del precursor a través de electrones calientes plasmónicos y/o gradientes fototermales3,4. Por ejemplo, los parámetros/requisitos de protocolo para la descomposición fototérmica impulsada plasmonicamente de organometálicos Au, Cu, Pb y Ti y hidruros Ge sobre sustratos nanoestructurados Ag y Au se han detallado5,6, 7,8,9. Sin embargo, la utilización de electrones calientes plasmónicos de femtosegundos para fotoreducir directamente las sales metálicas en una interfaz de solución metálica sigue siendo en gran medida no desarrollada, procesos ausentes que emplean ligandos de citrato o poli(vinylpyrrolidone) que actúan como carga intermedia relés a nucleación/crecimiento directo del metal secundario2,10,11,12. Recientemente se informó de la decoración Pt anisotrópica de nanorods Au (AuNR) bajo excitación longitudinal SPR (LSPR)1,13 donde la distribución del Pt coincidió con la polaridad dipolo (es decir, la supuesta distribución espacial de transportistas calientes).
El protocolo aquí se amplía al reciente trabajo de Pt-AuNR para incluir Pd y destaca las métricas de síntesis clave que se pueden observar en tiempo real, mostrando que la técnica de fotodeposición plasmónica reductiva es aplicable a otras sales de halogenuros metálicos (Ag, Ni, Ir, etc.).
Protocol
Representative Results
Discussion
La monitorización de los cambios en la absorbancia óptica mediante la espectroscopia UV-vis de transmisión es útil para evaluar el estado de la reacción fotocatalítica, con especial atención a las características LMCT de H2PdCl4. La longitud de onda máxima de las características de LMCT después de la inyección de H2PdCl4 en el paso 2.3.1 (que va del negro sólido al azul sólido en la Figura 1) proporcionan información sobre el “entorn…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue patrocinado por el Laboratorio de Investigación del Ejército y se llevó a cabo bajo el Acuerdo Cooperativo DE USOL Número W911NF-17-2-0057 otorgado a G.T.F. Las opiniones y conclusiones contenidas en este documento son las de los autores y no deben interpretarse como que representan las políticas oficiales, ya sean expresas o implícitas, del Laboratorio de Investigación del Ejército o del Gobierno de los Estados Unidos. El Gobierno de los Estados Unidos está autorizado a reproducir y distribuir reimpresiones con fines gubernamentales a pesar de cualquier notación de derechos de autor en el presente documento.
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 |
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