Synthese von Substrat-gebundenen Au Nanodrähten über eine aktive Oberfläche Wachstumsmechanismus
Summary
Wir berichten über eine Lösung basierende Methode, Substrat-gebundenen Au Nanodrähte zu synthetisieren. Durch Optimieren der molekularen Liganden, die während der Synthese verwendet, kann die Au-Nanodrähte aus verschiedenen Substraten mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften angebaut werden. Au Nanodraht-basierte Nanostrukturen können auch durch Anpassung der Reaktionsparameter synthetisiert werden.
Abstract
Förderung der synthetischen Fähigkeiten ist wichtig für die Entwicklung der Nanowissenschaften und Nanotechnologien. Die Synthese von Nanodrähten seit jeher eine Herausforderung dar, da es asymmetrische Wachstum von symmetrischen Kristallen erfordert. Hier berichten wir über eine unverwechselbare Synthese von Substrat-gebundenen Au Nanodrähten. Diese Vorlage kostenlos Synthese beschäftigt Thiolated Liganden und Substrat Adsorption die kontinuierliche asymmetrische Ablagerung von Au in Lösung bei Umgebungsbedingungen zu erreichen. Thiolated Liganden verhindert die Au Ablagerung auf die freiliegende Oberfläche der Samen, so dass die Au-Abscheidung nur an der Schnittstelle zwischen den Au-Samen und das Substrat tritt. Die Seite der neu hinterlegten Au-Nanodrähten ist sofort mit dem Liganden Thiolated abgedeckt, während der nach unten zeigenden Substrat Liganden-frei und für die nächste Runde der Au Ablagerung aktiv bleibt. Wir zeigen weiter, dass dieses Au Nanodraht Wachstum auf verschiedenen Substraten induziert werden kann, und verschiedene Thiolated Liganden verwendet werden, können um die Oberflächenchemie die Nanodrähte zu regulieren. Der Durchmesser des die Nanodrähte kann auch mit gemischten Liganden gesteuert werden, in dem seitlichen Wachstum eine andere “schlecht” Liganden einschalten könnte. Mit dem Verständnis des Mechanismus können Au Nanodraht-basierte Nanostrukturen entwickelt und synthetisiert werden.
Introduction
Typisch für eine dreidimensionale Nanomaterialien, Nanodrähte besitzen die Bulk-bezogene Eigenschaften und die einzigartigen Eigenschaften aus der Quanten-Effekte der nanoskaligen Struktur entstanden. Als Brücke zwischen den Nanobereich und Skala Schüttgüter sind sie weit in verschiedenen Bereichen der Katalyse, Sensorik und nanoelektronischer Geräte usw.angewendet. 1 , 2 , 3.
Aber hat die Synthese von Nanodrähten schon lange eine große Herausforderung, da es in der Regel erfordert die innere Symmetrie in den Kristallen zu brechen. Traditionell wird eine Vorlage eingesetzt, um die Ablagerung von Materialien zu regulieren. Vorlage-Galvanisierung hat zum Beispiel für die Bildung der verschiedenen Arten von Nanodrähten wie Ag Nanodrähte und CdS Nanodrähte4,5,6,7,8,9 verwendet worden ,10. Eine andere Möglichkeit ist das Dampf-Flüssig-fest (VLS) Wachstum, die geschmolzenen Katalysator induzieren die anisotrope Wachstum auf dem Substrat bei erhöhter Temperatur11beschäftigt. Gemeinsame Strategien für die Synthese von Metall-Nanodrähte sind die Polyol-Methoden für die Ag-Nanodrähte und die Oleylamine-gestützte ultradünnen Au Nanodrähte12,13,14,15. Beide Ansätze sind materialspezifische und die Nanodraht-Parameter sind nicht ohne weiteres während der Synthesis abgestimmt. Darüber hinaus können metallische Nanodrähte auch durch die Druck-driven-Methode gebildet werden, wo die montierten Metall-Nanopartikeln mechanisch komprimiert und verschmolzen zu Nanodrähte16,17,18.
Vor kurzem haben wir eine besondere Methode zur Synthese Au Nanodrähte19berichtet. Mit der Unterstützung eines Thiolated niedermolekularen Liganden könnte die Nanodrähte wachsen und bilden eine vertikal ausgerichtete Palette auf den größten Si-Wafer-Substrat bei Umgebungsbedingungen. Es wurde festgestellt, dass die Liganden in der Symmetrie-Breaking Wachstum eine wichtige Rolle spielen. Es bindet an die Oberfläche des Substrats adsorbiert Au Samen, zwingt die Au, selektiv an der Liganden-defizienten Schnittstelle zwischen Samen und Substrat zu hinterlegen. Die Schnittstelle zwischen der neu hinterlegten Au und das Substrat bleibt mangelhaft Liganden, die aktive Oberfläche besteht daher während des gesamten Wachstums. Durch die Liganden-Konzentration, die Saatgut-Art und Konzentration sowie mehrere andere Parameter optimieren, könnte eine Reihe von Au Nanodraht-basierte Nanostrukturen synthetisiert werden.
In dieser Arbeit stellen wir ein detailliertes Protokoll für diese bequeme Au Nanodrähte Synthese. Die abgeleiteten Synthese ist auch vorgestellt einschließlich der Synthesis von Au-Nanodrähte mit hydrophoben Oberflächeneigenschaft, Au Nanodrähte auf anderen Substraten, konischen Au Nanodrähte durch Mischen von zwei Liganden und den Nanodraht-basierte Au Nanostrukturen durch Optimierung des Wachstums gebildet, Bedingungen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der Mechanismus dieser aktiven Oberfläche Wachstum geregelt-Nanodraht-Synthese wurde in früheren Arbeiten19umfassend diskutiert. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen von Saatgut Größen und Typen sowie die Wirkung der Liganden-Typen und Größen auch untersuchten20,21. In der Regel. Nanodraht-Wachstum unterscheidet sich sehr vom vorherigen ausgewiesenen Routen. Keine Vorlage ist erforderlich, und das asymmetrische Wachstum wird durch…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir erkennen dankbar die finanzielle Unterstützung von National Natural Science Foundation of China (21703104), Jiangsu Wissenschaft und Technologie planen (SBK2017041514) Tech Universität Nanjing (39837131) und SICAM Fellowship von Jiangsu nationalen synergetische Innovation Center for Advanced Materials.
Materials
| Trisodium citrate dihydrate | Alfa Aesar | LoT: 5008F14U | |
| Sodium borohydride | Fluka | LoT: STBG0330V | NaBH4 |
| Hydrogen tetrachloroaurate(III) trihydrate | Alfa Aesar | LoT: T19C006 | HAuCl4 |
| 3-aminopropyltriethoxysilane | J&K Scientific | LoT: LT20Q102 | APTES |
| L-ascorbic acid | Sigma-Aldrich | LoT: SLBL9227V | |
| 4-mercaptobenzoic acid | Sigma-Aldrich | LoT: MKBV5048V | 4-MBA |
| 2-Naphthalenethiol | Sigma-Aldrich | LoT: BCBP4238V | 2-NpSH |
| 4-Mercaptophenylacetic acid | Alfa Aesar | LoT: 10199160 | 4-MPAA |
| 3-mercaptobenzoic acid | Aladdin | LoT: G1213027 | 3-MBA |
| 3-Mercaptopropionic acid | Aladdin | LoT: E1618095 | 3-MPA |
| absolute ethanol | Sinopharm chemical Reagent | 20170802 | |
| Silicon wafer | Zhe Jiang lijing | P | Si |
| Scanning Electron Microscope | Quanta FEG 250 | SEM | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5424 | |
| Ultrasonic cleaner | Kun Shan hechuang | ||
| Ultra-pure water system | NanJing qianyan | UP6682-10-11 | for deionized water |
| Plasma cleaner | Harrick Plasma | PDC-002 | for oxygen plasma |
References
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