Vahid forma və morfologiyaya malik qızıl nanohissəciklər sonokimyəvi yolla səmərəli şəkildə sintez edilə bilər. Qızıl nanohissəciklərin sintezinin ultrasəslə təşviq edilən kimyəvi reaksiyası hissəcik ölçüsü, forması (məsələn, nanosferlər, nanorodlar, nano kəmərlər və s.) və morfologiya üçün dəqiq şəkildə idarə oluna bilər. Effektiv, sadə, sürətli və yaşıl kimyəvi prosedur sənaye miqyasında qızıl nanostrukturlarının etibarlı istehsalına imkan verir.

Qızıl Nanohissəciklər və Nanostrukturlar

Qızıl nanohissəciklər və nanoölçülü strukturlar R-də geniş şəkildə tətbiq olunur&Elektron, maqnit və optik xüsusiyyətlər, kvant ölçüsü effektləri, səth plazmon rezonansı, yüksək katalitik aktivlik, digər xüsusiyyətlər arasında öz-özünə yığılma, o cümlədən nano ölçülü qızılın unikal xüsusiyyətlərinə görə D və sənaye prosesləri. Qızıl nano-hissəciklərin (Au-NPs) tətbiq sahələri katalizator kimi istifadədən nanoelektronik cihazların istehsalına, həmçinin görüntüləmə, nano-fotonika, nanomaqnit, biosensorlar, kimyəvi sensorlar, optik və teranostika üçün istifadəyə qədər dəyişir. tətbiqlər, dərmanların çatdırılması və digər istifadələr.

Qızıl nanohissəciklərin sintezi üsulları

Nano-strukturlu qızıl hissəcikləri yüksək performanslı ultrasəsdən istifadə edərək müxtəlif yollarla sintez edilə bilər. Ultrasəsləmə təkcə sadə, səmərəli və etibarlı texnika deyil, həmçinin sonikasiya qızıl ionlarının zəhərli və ya sərt kimyəvi maddələr olmadan kimyəvi reduksiyasına şərait yaradır və müxtəlif morfologiyaların nəcib metal nanohissəciklərinin əmələ gəlməsinə şərait yaradır. Marşrut və sonokimyəvi müalicə seçimi ( həm də sonosintez kimi tanınır) vahid ölçü və morfologiyaya malik qızıl nanostrukturları, məsələn, qızıl nanoşeler, nanorodlar, nano kəmərlər və s. istehsal etməyə imkan verir.
Aşağıda qızıl nanohissəciklərin hazırlanması üçün seçilmiş sonokimyəvi yolları tapa bilərsiniz.

Ultrasəs Təkmilləşdirilmiş Turkeviç Metodiyası

Sonication Turkeviç sitrat-reduksiya reaksiyasını, eləcə də dəyişdirilmiş Turkeviç prosedurlarını gücləndirmək üçün istifadə olunur.
Turkeviç metodu təqribən 10-20 nm diametrli cüzi monodispers sferik qızıl nanohissəciklər istehsal edir. Daha böyük hissəciklər istehsal edilə bilər, lakin monodisperslik və forma bahasına. Bu üsulda isti xloroaurik turşusu natrium sitrat məhlulu ilə işlənir və kolloid qızıl əmələ gəlir. Turkeviç reaksiyası keçici qızıl nanotellərin əmələ gəlməsi ilə gedir. Bu qızıl nanotellər reaksiya məhlulunun yaqut-qırmızıya çevrilməmişdən əvvəl qaranlıq görünüşünə cavabdehdir.
Fuentes-García və başqaları. Qızıl nanohissəciklərini sonokimyəvi şəkildə sintez edən (2020), laboratoriya tələblərini azaldan və sadə parametrləri dəyişdirən xassələrə nəzarət edərək yeganə enerji mənbəyi kimi ultrasəsdən istifadə edərək yüksək udma qarşılıqlı təsirinə malik qızıl nanohissəciklərin istehsalının mümkün olduğunu bildirir.
Li və başqaları. (2012) ultrasəs enerjisinin 20 ilə 50 nm arasında tənzimlənən ölçülərdə sferik qızıl nanohissəciklərin (AuNPs) istehsalı üçün əsas parametr olduğunu nümayiş etdirdi. Natrium sitratının azaldılması yolu ilə sonosintez atmosfer şəraitində sulu məhlulda monodispers sferik qızıl nanohissəciklər istehsal edir.

Ultrasəsdən istifadə edən Turkeviç-Frens metodu

Yuxarıda təsvir edilən reaksiya yolunun modifikasiyası qızıl nanohissəciklərin sintezi üçün sadə çoxmərhələli proses olan Turkeviç-Frens üsuludur. Ultrasonikasiya Turkeviç marşrutu ilə eyni şəkildə Turkeviç-Frens reaksiya yolunu təşviq edir. Reaksiyaların ardıcıl və paralel baş verdiyi Turkeviç-Frens çoxmərhələli prosesinin ilkin mərhələsi sitratın oksidləşməsidir və dikarboksi aseton verir. Sonra aurik duz aurus duzuna və Au-a qədər azalır⁰, və aurous duz Au üzərində yığılır⁰ atomlar AuNP əmələ gətirir (aşağıdakı sxemə bax).

Turkeviç üsulu ilə qızıl nanohissəciklərin sintezi.
sxem və tədqiqat: ©Zhao et al., 2013

Bu o deməkdir ki, sitratın özü deyil, sitratın oksidləşməsi nəticəsində yaranan dikarboksi aseton Turkeviç-Frens reaksiyasında faktiki AuNP stabilizatoru kimi çıxış edir. Sitrat duzu, qızıl nanohissəciklərin (AuNPs) ölçüsünə və ölçülərinin paylanmasına təsir edən sistemin pH-ını əlavə olaraq dəyişdirir. Turkeviç-Frens reaksiyasının bu şərtləri hissəcik ölçüləri 20 ilə 40 nm arasında olan, demək olar ki, monodispers qızıl nanohissəciklər istehsal edir. Dəqiq hissəcik ölçüsü məhlulun pH-nın dəyişməsi ilə, eləcə də ultrasəs parametrləri ilə dəyişdirilə bilər. Trisodium sitrat dihidratın məhdud reduksiya qabiliyyətinə görə sitratla stabilləşdirilmiş AuNP-lər həmişə 10 nm-dən böyük olur. Bununla belə, D₂H əvəzinə həlledici olaraq O₂AuNP-lərin sintezi zamanı O, hissəcik ölçüsü 5 nm olan AuNP-ləri sintez etməyə imkan verir. Əlavə olaraq D₂O sitratın azaldıcı gücünü artırın, D birləşməsi₂O və C₆H₉Na₃The₉. (müq. Zhao və başqaları, 2013)

Sonokimyəvi Turkeviç-Frens marşrutu üçün protokol

Turkeviç-Frens üsulu ilə aşağıdan yuxarı prosedurda qızıl nanohissəcikləri sintez etmək üçün 50 mL xloroaurik turşusu (HAuCl)₄), 0,025 mM 100 ml şüşə stəkana tökülür, onun içinə 1 ml 1,5% (ağırlıq/həc) trisodium sitratın (Na) sulu məhlulu₃Ct) otaq temperaturunda ultrasəslə əlavə edilir. Ultrasonikasiya 60W, 150W və 210W-da həyata keçirilib. Na₃Ct/HAuCl₄ nümunələrdə istifadə olunan nisbət 3:1 (w/v) təşkil edir. Ultrasəsdən sonra kolloid məhlullar müxtəlif rənglər göstərdi, 60 Vt üçün bənövşəyi və 150 və 210 Vt nümunələr üçün yaqut-qırmızı. Struktur xarakteristikaya uyğun olaraq, sonikasiya gücünü artırmaqla qızıl nanohissəciklərin daha kiçik ölçüləri və daha sferik qrupları istehsal edilmişdir. Fuentes-García və başqaları. (2021) öz araşdırmalarında sonokimyəvi yolla sintez olunmuş qızıl nanohissəciklərin hissəcik ölçüsünə, polihedral quruluşuna və optik xassələrinə və onların əmələ gəlməsi üçün reaksiya kinetikasına artan sonikasiyanın güclü təsirini göstərir. Hər ikisi, 16nm və 12nm ölçüsündə qızıl nanohissəciklər xüsusi bir sonokimyəvi prosedurla istehsal edilə bilər. (Fuentes-García və digərləri, 2021)

(a, b) TEM təsviri və (c) sonokimyəvi şəkildə sintez edilmiş qızıl nanohissəciklərin (AuNPs) ölçü bölgüsü
Şəkil və araşdırma: © Dheyab et al., 2020.

Qızıl nanohissəciklərin sonolizi

Qızıl hissəciklərinin eksperimental istehsalı üçün başqa bir üsul, diametri 10 nm-dən az olan qızıl hissəciklərinin sintezi üçün ultrasəsin tətbiq olunduğu sonolizdir. Reagentlərdən asılı olaraq, sonolitik reaksiya müxtəlif üsullarla həyata keçirilə bilər. Məsələn, HAuCl-nin sulu məhlulunun sonikasiyası₄ qlükoza ilə, hidroksil radikalları və şəkər piroliz radikalları azaldıcı maddələr kimi çıxış edir. Bu radikallar intensiv ultrasəs və kütləvi su ilə yaranan çökən boşluqlar arasındakı interfasial bölgədə əmələ gəlir. Qızıl nanostrukturların morfologiyası eni 30-50 nm və uzunluğu bir neçə mikrometr olan nano lentlərdir. Bu lentlər çox çevikdir və 90°-dən böyük açılarla əyilə bilər. Qlükoza qlükoza oliqomeri olan siklodekstrin ilə əvəz edildikdə, yalnız sferik qızıl hissəciklər əldə edilir ki, bu da qlükozanın morfologiyanı lentə yönəltmək üçün vacib olduğunu göstərir.

Sonokimyəvi Nano-Qızıl Sintezi üçün Nümunəvi Protokol

Sitratla örtülmüş AuNP-ləri sintez etmək üçün istifadə edilən prekursor materiallara HAuCl daxildir₄, natrium sitrat və distillə edilmiş su. Nümunə hazırlamaq üçün ilk addım HAuCl-nin həllini əhatə edirdi₄ 0,03 M konsentrasiyası ilə distillə edilmiş suda. Sonradan HAuCl məhlulu₄ (2 mL) 20 mL sulu 0,03 M natrium sitrat məhluluna damcı-damcı əlavə edildi. Qarışdırma mərhələsində ultrasəs buynuzlu yüksək sıxlıqlı ultrasəs zond (20 kHz) 17,9 Vt·sm səs gücündə 5 dəqiqə ərzində məhlula daxil edilmişdir.²
(bax. Dhabey at al. 2020)

Sonication istifadə edərək qızıl nanobelt sintezi

Tək kristal nano kəmərlər (solda TEM şəklinə baxın) HAuCl-nin sulu məhlulunun sonikasiyası yolu ilə sintez edilə bilər.₄ reagentlər kimi α-D-qlükoza iştirakı ilə. Sonokimyəvi yolla sintez edilmiş qızıl nano kəmərlər orta hesabla 30-50 nm eni və bir neçə mikrometr uzunluğu göstərir. Qızıl nano kəmərlərin istehsalı üçün ultrasəs reaksiyası sadə, sürətlidir və zəhərli maddələrin istifadəsindən yayınır. (müq. Zhang və başqaları, 2006)

Qızıl NP-lərin sonokimyəvi sintezinə təsir edən səthi aktiv maddələr

Kimyəvi reaksiyalarda intensiv ultrasəsin tətbiqi çevrilmə və məhsuldarlığı başlatır və təşviq edir. Vahid hissəcik ölçüsünü və müəyyən hədəflənmiş formaları/morfologiyaları əldə etmək üçün səthi aktiv maddələrin seçimi kritik amildir. Spirtlərin əlavə edilməsi də hissəciklərin formasını və ölçüsünü idarə etməyə kömək edir. Məsələn, ad-qlükoza varlığında, sulu HAuCl-nin sonoliz prosesində əsas reaksiyalar.₄ aşağıdakı tənliklərdə göstərildiyi kimi (1-4):
(1) H₂ O —> H∙ + OH∙
(2) şəkər —> piroliz radikalları
(3) AIII + azaldıcı radikallar -> Au⁰
(4) nAu⁰ —> AuNP (nano kəmərlər)
(müq. Zhao və başqaları, 2014)

Prob tipli ultrasəs aparatlarının gücü

Ultrasonik zondlar və ya sonotrodlar (həmçinin ultrasəs buynuzları adlanır) kimyəvi məhlullara çox fokuslanmış formada yüksək intensivlikli ultrasəs və akustik kavitasiya verir. Güc ultrasəsinin bu dəqiq idarə oluna bilən və səmərəli ötürülməsi kimyəvi reaksiya yollarının başlana, gücləndirilə və dəyişdirilə biləcəyi etibarlı, dəqiq idarə olunan və təkrarlana bilən şərait yaratmağa imkan verir. Bunun əksinə olaraq, ultrasəs vannası (həmçinin ultrasəs təmizləyicisi və ya tank kimi tanınır) çox aşağı güc sıxlığı və təsadüfi yaranan kavitasiya ləkələri ilə böyük maye həcminə ultrasəs verir. Bu, ultrasəs vannalarını hər hansı sonokimyəvi reaksiyalar üçün etibarsız edir.
“Ultrasəs təmizləyici vannalar ultrasəs buynuzunun yaratdığının kiçik bir faizinə uyğun bir güc sıxlığına malikdir. Sonokimyada təmizləyici vannaların istifadəsi məhduddur, çünki tam homojen hissəcik ölçüsü və morfologiyası həmişə əldə edilmir. Bu, ultrasəsin nüvələşmə və böyümə proseslərinə fiziki təsiri ilə bağlıdır. (González-Mendoza et al. 2015)

Qızıl Nanohissəciklərin Sintezi üçün Yüksək Performanslı Ultrasonikatorlar

Hielscher Ultrasonics qızıl və digər nəcib metal nanostrukturlar kimi nanohissəciklərin sonokimyəvi sintezi (sono-sintezi) üçün güclü və etibarlı ultrasəs prosessorları təmin edir. Ultrasonik həyəcan və dispersiya heterojen sistemlərdə kütlə köçürməsini artırır və nanohissəcikləri çökdürmək üçün atom qruplarının islanmasına və sonrakı nüvələşməsinə kömək edir. Nanohissəciklərin ultrasəs sintezi sadə, sərfəli, biouyğun, təkrar istehsal oluna bilən, sürətli və təhlükəsiz üsuldur.
Hielscher Ultrasonics nanoölçülü strukturların formalaşması üçün güclü və dəqiq idarə olunan ultrasəs prosessorları ilə təchiz edir, məsələn, nanoşəkilli strukturlar, nanoşəkillər, nanorodlar, nano kəmərlər, nano lentlər, nanoklasterlər, nüvə qabığı hissəcikləri və s.
Müştərilərimiz ağıllı proqram təminatı, rəngli sensor displey, quraşdırılmış SD kartda avtomatik məlumat protokollaşdırılması və istifadəçi dostu və təhlükəsiz əməliyyat üçün intuitiv menyu ilə təchiz edilmiş Hielscher rəqəmsal cihazlarının smart xüsusiyyətlərini yüksək qiymətləndirirlər.
Laboratoriya üçün 50 vattlıq əl ultrasəs aparatlarından 16.000 vatt güclü sənaye ultrasəs sistemlərinə qədər tam güc diapazonunu əhatə edən Hielscher tətbiqiniz üçün ideal ultrasəs quraşdırmasına malikdir. Axan reaktorlarda toplu və davamlı daxili istehsal üçün sonokimyəvi avadanlıq istənilən tezgah üstü və sənaye ölçüsündə asanlıqla mövcuddur. Hielscher-in ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi ağır iş şəraitində və tələbkar mühitlərdə 24/7 işləməyə imkan verir.

Aşağıdakı cədvəldə bizim ultrasonicators təxmini emal gücü bir göstəriş verir: