نانوذرات طلا از شکل یکنواخت و ریولوژی را می توان به طور کارآمد از طریق مسیر سونوشیمیایی سنتز. واکنش شیمیایی ترویج مافوق صوت سنتز نانوذرات طلا را می توان به طور دقیق برای اندازه ذرات کنترل, شکل (به عنوان نمونه, نانوکره, نانورود, نانوبلت و غیره) و ریمورفولوژی. روش شیمیایی اثربخش، ساده، سریع و سبز اجازه تولید قابل اعتماد نانوساختارهای طلا در مقیاس صنعتی را می دهد.

نانوذرات طلا و نانوساختارها

نانوذرات طلا و ساختارهای به اندازه نانو به طور گسترده ای در R پیاده سازی می شوند&D و فرایندهای صنعتی با توجه به خواص منحصر به فرد طلا در اندازه نانو شامل ویژگی های الکترونیکی، مغناطیسی، و نوری، اثرات اندازه کوانتومی، رزوننس پلاسمون سطحی، فعالیت کاتالیزوری بالا، خود مونتاژ در میان خواص دیگر. زمینه های کاربرد نانو ذرات طلا (Au-NPs) از استفاده به عنوان کاتالیزور تا ساخت دستگاه های نانوالکترونیک، و همچنین استفاده در تصویربرداری، نانو فوتونیک، نانومغناطیسم، حسگرهای زیستی، حسگرهای شیمیایی، برای کاربردهای نوری و ترانوستیک، تحویل دارو و همچنین دیگر بهره برداری ها را در بر می گیرد.

روش های سنتز نانوذرات طلا

نانو ساختار ذرات طلا را می توان از طریق مسیرهای مختلف با استفاده از امواج فراصوت با عملکرد بالا سنتز. امواج فراصوت نه تنها یک تکنیک ساده، کارآمد و قابل اعتماد است، علاوه بر این فراصوت شرایطی را برای کاهش شیمیایی یونی های طلا بدون عوامل شیمیایی سمی یا خشن ایجاد می کند و برای تشکیل نانوذرات فلزی نجیب از morphologies مختلف را قادر می سازد. انتخاب مسیر و درمان سونوشیمیایی (که با نام sonosynthesis نیز شناخته می شود) اجازه می دهد تا نانوساختارهای طلا مانند نانوشرهای طلا، نانورودها، نانوبلت ها و غیره با اندازه یکنواخت و ریمورفولوژی تولید کنند.
در زیر شما می توانید مسیرهای سونوشیمیایی انتخاب شده برای آماده سازی نانوذرات طلا را پیدا کنید.

روش ترکویچ به صورت مافوق صوت بهبود یافته

فراصوت برای تشدید واکنش کاهش سیترات ترکویچ و همچنین رویه های اصلاح شده ترکویچ استفاده می شود.
روش Turkevich تولید متوسط تک پوش نانوذرات طلا کروی در حدود 10–20nm قطر. ذرات بزرگتر را می توان تولید کرد، اما به هزینه انحصار و شکل. در این روش کلروریک اسید داغ با محلول سدیم سیترات، تولید طلای کلوئیدی درمان می شود. واکنش تورکویچ از طریق تشکیل نانوسیم های طلای گذرا پیش می رود. این نانوسیم های طلا مسئول ظاهر تاریک محلول واکنش قبل از تبدیل یاقوت-قرمز هستند.
Fuentes-García et al. (2020), who sonochemically synthesized gold nanoparticles, report that it is feasible to manufacture gold nanoparticles with high absorption interaction using ultrasonication as an only energy source, reducing laboratory requirements and controlling properties modifying simple parameters.
لی و همکاران (۲۰۱۲) نشان دادند که انرژی مافوق صوت یک پارامتر کلیدی برای تولید نانوذرات طلای کروی (AuNPs) با اندازه های قابل تنظیم ۲۰ تا ۵۰ نانومتر است. سونوسینتز از طریق کاهش سیترات سدیم، نانوذرات طلای کروی تکدیسپرز را در محلول آبی تحت شرایط جوی تولید می کند.

روش تورکویچ فرنس با استفاده از سونوگرافی

اصلاح مسیر واکنش توصیف شده بالا روش Turkevich-Frens است که یک فرایند چند مرحله ای ساده برای سنتز نانوذرات طلا است. امواج فراصوت ترویج مسیر واکنش Turkevich - Frens در همان شیوه ای که به عنوان مسیر Turkevich. گام اولیه فرایند چند مرحله ای تورکویچ-فرنس، جایی که واکنش ها به صورت سری و موازی رخ می دهند، اکسیداسیون سیترات است که دیکربوکسی استون را به دست می آورد. سپس نمک اوریک به نمک آور و Au کاهش می یابد⁰و نمک اوروس بر روی Au مونتاژ می شود⁰ اتم ها برای تشکیل AuNP (طرح زیر را ببینید).

سنتز نانوذرات طلا از طریق روش تورکویچ.
scheme and study: ©Zhao et al., 2013

این بدان معنی است که استون دیکربوکسی ناشی از اکسیداسیون سیترات به جای سیترات خود به عنوان تثبیت کننده واقعی AuNP در واکنش Turkevich-Frens عمل می کند. نمک سیترات علاوه بر این pH سیستم را اصلاح می کند که بر توزیع اندازه و اندازه نانوذرات طلا (AuNPs) تأثیر می گذارد. این شرایط واکنش تورکویچ-فرنس نانوذرات طلای تقریباً تکدیس کننده ای با اندازه ذرات بین ۲۰ تا ۴۰nm تولید می کند. اندازه ذرات دقیق را می توان بر تغییرات pH از راه حل و همچنین توسط پارامترهای مافوق صوت اصلاح شده است. AuNPs تثبیت شده با سیترات همیشه بزرگتر از 10 nm، با توجه به توانایی کاهش محدود تری سدیم سیترات دی هایدرات است. با این حال ، با استفاده از D_H2SO به عنوان حلال به جای H_H2SO در طول سنتز AuNPs اجازه می دهد تا AuNPs را با اندازه ذرات ۵ nm سنتز کنند. به عنوان اضافه شده از D_H2SO افزایش قدرت کاهش سیترات، ترکیب D_H2SO و C₆ه₉Na₃اميد₉. (cf. Zhao et al., 2013)

پروتکل مسیر سونوشیمیایی تورکویچ-فرنس

به منظور سنتز نانوذرات طلا در یک روش پایین به بالا از طریق روش Turkevich-Frens، 50mL کلروریک اسید (HAuCl₄), 0.025 میلی متر در یک منقار شیشه ای 100 میلی ال ریخته, که به آن 1 میلیL از 1.5٪ (w/v) محلول آبی تری سدیم سیترات (Na₃Ct) تحت امواج فراصوت در دمای اتاق اضافه شده است. امواج فراصوت در 60W، 150W، و 210W انجام شد. نا₃سی تی/اچ اوکل₄ نسبت مورد استفاده در نمونه ها ۳:۱ (w/v) است. پس از فراصوت, راه حل های کلوئیدی نشان داد رنگ های مختلف, بنفش برای 60 W و یاقوت قرمز برای نمونه های 150 و 210 W. اندازه های کوچکتر و خوشه های کروی بیشتری از نانوذرات طلا با افزایش قدرت فراصوت، با توجه به شخصیت پردازی ساختاری تولید شدند. Fuentes-García et al. (2021) show the strong influence of increasing sonication on particle size, polyhedral structure and optical properties of the sonochemically synthesized gold nanoparticles and the reaction kinetics for their formation. هر دو، نانوذرات طلا با اندازه ۱۶nm و ۱۲nm را می توان با یک روش سونوشیمیایی مناسب تولید کرد. (Fuentes-García et al., 2021)

(a,b) TEM تصویر و (ج) توزیع اندازه نانوذرات طلا سنتز شده سونوشیمیایی (AuNPs)
تصویر و مطالعه: © Dheyab et al., 2020.

Sonolysis از نانوذرات طلا

روش دیگر برای تولید تجربی ذرات طلا توسط سونولیز است، جایی که سونوگرافی برای سنتز ذرات طلا با قطر زیر ۱۰ نانومتر اعمال می شود. بسته به واکنشگرها، واکنش سونولوتیک را می توان به شیوه های مختلف اجرا کرد. به عنوان مثال، فراصوت یک محلول آبی HAuCl₄ با گلوکز، رادیکال های هیدروکسیل و رادیکال های pyrolysis قند به عنوان عوامل کاهش عمل می کنند. این رادیکال ها در منطقه بین صورت بین حفره های در حال فروپاشی ایجاد شده توسط سونوگرافی شدید و آب فله شکل می گیرند. ریولوژی نانوساختارهای طلا نانوریبون هایی با عرض ۳۰–۵۰ نانومتر و طول چند میکرومتر هستند. این روبان ها بسیار انعطاف پذیر هستند و می توانند با زوایای بزرگتر از ۹۰ درجه خم شوند. هنگامی که گلوکز با سیکلودسکسترین جایگزین می شود، یک الیگومر گلوکز، تنها ذرات طلای کروی به دست می آید و پیشنهاد می کند که گلوکز در هدایت ریولوژی به سمت روبان ضروری است.

پروتکل نمونه سنتز نانو طلای سونوشیمیایی

مواد پیش ساز مورد استفاده برای سنتز AuNPs با پوشش سیترات شامل HAuCl₄، سدیم سیترات و آب های آغیز. به منظور آماده سازی نمونه، اولین گام شامل انحلال HAuCl شد₄ در آب مملو از غلظت 03/0 م. پس از آن، راه حل HAuCl₄ (2 میلیL) dropwise به 20 میلیL آبی 0.03 M محلول سدیم سیترات اضافه شد. در طول فاز مخلوط کردن، یک پروب مافوق صوت با چگالی بالا (20 کیلوهرتز) با شاخ مافوق صوت به محلول برای 5 دقیقه در قدرت صدا 17.9 W·cm وارد شد^H2S
(cf. Dhabey at al.2020)

سنتز نانو کمربند طلا با استفاده از فراصوت

نانوبلت های تک cristalline (نگاه کنید به تصویر TEM سمت چپ) را می توان از طریق فراصوت از یک محلول آبی HAuCl سنتز₄ در حضور α-D-گلوکز به عنوان reagens. نانوبلت های طلای سنتز شده سونیوشیمیایی به طور متوسط عرض ۳۰ تا ۵۰ نانومتر و طول چند میکرومتر را نشان می دهند. واکنش مافوق صوت برای تولید نانو کمربند طلا ساده است, سریع و اجتناب از استفاده از مواد سمی. (cf. Zhang et al, 2006)

سورفکتانت ها برای تحت تاثیر قرار دادن سنتز سونوشیمیایی NPs طلا

استفاده از سونوگرافی شدید بر روی واکنش های شیمیایی آغاز و ترویج تبدیل و بازده. به منظور به دست آوردن اندازه ذرات یکنواخت و برخی از اشکال هدفمند / morphologies، انتخاب سورفکتانت ها یک عامل حیاتی است. اضافه شدن الکل ها نیز به کنترل شکل و اندازه ذرات کمک می کند. به عنوان مثال، در حضور a-d-گلوکز، واکنش های عمده در فرایند sonolysis HAuCl آبی₄ همان طور که در معادلات زیر به تصویر کشیده شده است (۱-۴):
(1) H_H2S O —> H∙ + OH∙
(2) شکر — > رادیکال های pyrolysis
(3) Aسوم + کاهش رادیکال ها —> Au⁰
(4) nAu⁰ —> AuNP (نانوبلت)
(cf. Zhao et al., 2014)

قدرت مافوق صوت نوع کاوشگر

پروب های مافوق صوت یا sonotrodes (همچنین به نام شاخ مافوق صوت) ارائه سونوگرافی با شدت بالا و حفره صوتی در فرم بسیار متمرکز به راه حل های شیمیایی. این انتقال دقیقا قابل کنترل و کارآمد سونوگرافی قدرت اجازه می دهد تا برای شرایط قابل اعتماد، دقیقا قابل کنترل و قابل تکثیر، که در آن مسیرهای واکنش شیمیایی را می توان آغاز، تشدید و سوئیچ. در مقابل, حمام مافوق صوت (همچنین به عنوان تمیز کننده مافوق صوت یا مخزن شناخته می شود) ارائه سونوگرافی با تراکم قدرت بسیار پایین و به طور تصادفی رخ می دهد نقاط حفره را به حجم مایع بزرگ. این باعث می شود حمام مافوق صوت غیر قابل اعتماد برای هر گونه واکنش های سونوشیمیایی.
"حمام تمیز کردن مافوق صوت تراکم قدرت است که مربوط به درصد کمی از آن تولید شده توسط شاخ مافوق صوت. استفاده از حمام های تمیز کننده در سونوشیمی محدود است، با توجه به اینکه اندازه ذرات کاملاً همگن و ریولوژی همیشه به آن نرسیده است. این به دلیل اثرات فیزیکی سونوگرافی بر روی هسته و فرایندهای در حال رشد است." (González-Mendoza et al. 2015)

سونوگرافی با کارایی بالا برای سنتز نانوذرات طلا

Hielscher Ultrasonics عرضه پردازنده های مافوق صوت قدرتمند و قابل اعتماد برای سنتز سونوشیمیایی (سونو سنتز) از نانوذرات مانند طلا و دیگر نانوساختارهای فلزی نجیب. بی قراری و پراکنده شدن مافوق صوت باعث افزایش انتقال جرم در سیستم های نامتگن می شود و باعث ترویج خیس شدن و هسته شدن متعاقب آن خوشه های اتم به منظور بارش نانو ذرات می شود. سنتز مافوق صوت نانو ذرات یک روش ساده، مقرون به صرفه، زیست سازگار، قابل تکثیر، سریع، و امن است.
Hielscher Ultrasonics تامین پردازنده های مافوق صوت قدرتمند و دقیقا قابل کنترل برای تشکیل ساختارهای به اندازه نانو مانند nanosheres، نانوrods، نانوبلت، نانو روبان، نانو کلوینتر، ذرات هسته پوسته و غیره.
مشتریان ما ارزش ویژگی های هوشمند از دستگاه های دیجیتال Hielscher, که با نرم افزار هوشمند مجهز, صفحه نمایش لمسی رنگی, پروتکل داده های خودکار بر روی کارت SD ساخته شده و ویژگی های منو بصری برای کاربر پسند و عملیات امن.
پوشش محدوده قدرت کامل از 50 وات مافوق صوت دستی برای آزمایشگاه تا 16،000 وات قدرتمند صنعتی سیستم های مافوق صوت، Hielscher تا به راه اندازی مافوق صوت ایده آل برای برنامه شما. تجهیزات سونوشیمیایی برای تولید دسته ای و مداوم اینلاین در رآکتورهای جریان از طریق به آسانی در هر نیمکت بالا و اندازه صنعتی در دسترس است. استحکام تجهیزات مافوق صوت Hielscher اجازه می دهد تا برای عملیات 24/7 در وظیفه سنگین و در محیط های خواستار.

جدول زیر به شما می دهد که نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی ultrasonicators ما: