سنتز کارآمد و کنترل شده نانوذرات طلا

نانوذرات طلا با شکل یکنواخت و مورفولوژی را می توان به طور موثر از طریق مسیر سونوشیمیایی سنتز کرد. واکنش شیمیایی التراسونیک ترویج سنتز نانوذرات طلا را می توان دقیقا برای اندازه ذرات، شکل (به عنوان مثال، نانوکره، نانومیله، نانوکمربند و غیره) و مورفولوژی کنترل کرد. روش شیمیایی کارآمد، ساده، سریع و سبز امکان تولید قابل اعتماد نانوساختارهای طلا را در مقیاس صنعتی فراهم می کند.

نانوذرات طلا و نانوساختارها

نانوذرات طلا و ساختارهای نانو به طور گسترده ای در R اجرا می شوند&D و فرآیندهای صنعتی به دلیل خواص منحصر به فرد طلای نانو شامل ویژگی های الکترونیکی، مغناطیسی و نوری، اثرات اندازه کوانتومی، تشدید پلاسمون سطحی، فعالیت کاتالیزوری بالا، خودمونتاژ و سایر ویژگی ها. زمینه های کاربرد برای نانوذرات طلا (Au-NPs) از استفاده به عنوان کاتالیزور تا ساخت دستگاه های نانوالکترونیکی، و همچنین استفاده در تصویربرداری، نانوفوتونیک، نانومغناطیسی، حسگرهای زیستی، حسگرهای شیمیایی، برای کاربردهای نوری و ترانوستیکی، تحویل دارو و همچنین سایر کاربردها را شامل می شود.

روش های سنتز نانوذرات طلا

ذرات طلا نانو ساختار را می توان از طریق مسیرهای مختلف با استفاده از سونوگرافی با کارایی بالا سنتز کرد. فراصوت نه تنها یک روش ساده، کارآمد و قابل اعتماد است، علاوه بر این فراصوت ایجاد شرایط برای کاهش شیمیایی یون های طلا بدون عوامل شیمیایی سمی و یا خشن و را قادر می سازد برای تشکیل نانوذرات فلز نجیب از مورفولوژی های مختلف. انتخاب مسیر و درمان سونوشیمیایی (همچنین به عنوان سونسنتز شناخته می شود) امکان تولید نانوساختارهای طلا مانند نانوشرهای طلا، نانومیله ها، نانوکمربندها و غیره را با اندازه و مورفولوژی یکنواخت فراهم می کند.
در زیر می توانید مسیرهای سونوشیمیایی انتخاب شده برای تهیه نانوذرات طلا را پیدا کنید.

اولتراسونیک بهبود یافته روش Turkevich

فراصوت برای تشدید واکنش کاهش سیترات Turkevich و همچنین روش های اصلاح شده Turkevich استفاده می شود.
روش Turkevich نانوذرات طلای کروی تک پراکنده متوسط با قطر حدود 10 تا 20 نانومتر تولید می کند. ذرات بزرگتر را می توان تولید کرد، اما به قیمت تک پراکندگی و شکل. در این روش ، اسید کلراوریک داغ با محلول سدیم سیترات تصفیه می شود و طلای کلوئیدی تولید می کند. واکنش تورکویچ از طریق تشکیل نانوسیم های طلای گذرا ادامه می یابد. این نانوسیم های طلایی مسئول ظاهر تیره محلول واکنش قبل از تبدیل شدن به قرمز یاقوتی هستند.
Fuentes-García و همکاران (2020)، که نانوذرات طلا را به صورت سونوشیمیایی سنتز کرد، گزارش می دهند که امکان تولید نانوذرات طلا با برهمکنش جذب بالا با استفاده از فراصوت به عنوان تنها منبع انرژی، کاهش نیازهای آزمایشگاهی و کنترل خواص اصلاح پارامترهای ساده وجود دارد.
لی و همکاران (2012) نشان دادند که انرژی اولتراسونیک یک پارامتر کلیدی برای تولید نانوذرات طلای کروی (AuNPs) با اندازه های قابل تنظیم 20 تا 50 نانومتر است. سونسنتز از طریق احیای سیترات سدیم، نانوذرات طلای کروی تک پراکنده را در محلول های آبی در شرایط جوی تولید می کند.

روش Turkevich-Frens با استفاده از سونوگرافی

اصلاح مسیر واکنش توضیح داده شده در بالا، روش Turkevich-Frens است که یک فرآیند چند مرحله ای ساده برای سنتز نانوذرات طلا است. سونوگرافی ترویج مسیر واکنش Turkevich-Frens در همان شیوه ای که مسیر Turkevich. مرحله اولیه فرآیند چند مرحله ای Turkevich-Frens ، که در آن واکنش ها به صورت سری و موازی رخ می دهد ، اکسیداسیون سیترات است که دی کربوکسی استون تولید می کند. سپس نمک هاله به نمک هاله ای و طلا تبدیل می شود⁰، و نمک پرده ای در Au مونتاژ می شود⁰ اتم ها برای تشکیل AuNP (طرح زیر را ببینید).
 

سنتز نانوذرات طلا به روش Turkevich.
طرح و مطالعه: ©ژائو و همکاران، 2013

این بدان معنی است که دی کربوکسی استون ناشی از اکسیداسیون سیترات به جای خود سیترات به عنوان تثبیت کننده واقعی AuNP در واکنش Turkevich-Frens عمل می کند. نمک سیترات علاوه بر این pH سیستم را تغییر می دهد که بر توزیع اندازه و اندازه نانوذرات طلا (AuNPs) تأثیر می گذارد. این شرایط واکنش تورکویچ-فرنس نانوذرات طلا تقریبا تک پراکنده با اندازه ذرات بین 20 تا 40 نانومتر تولید می کند. اندازه دقیق ذرات را می توان با تغییر pH محلول و همچنین توسط پارامترهای اولتراسونیک تغییر داد. نانوذرات طلا تثبیت شده با سیترات به دلیل توانایی احیاشی محدود تری سدیم سیترات دی هیدرات همیشه بزرگتر از 10 نانومتر هستند. با این حال، با استفاده از D_H2SO به عنوان حلال به جای H2O در طول سنتز نانوذرات طلا امکان سنتز نانوذرات طلا با اندازه ذرات 5 نانومتر را فراهم می کند. همانطور که افزودن D2O باعث افزایش مقاومت کاهنده سیترات می شود، ترکیب D2O و C₆H₉Na₃O₉. (رجوع کنید به ژائو و همکاران، 2013)

پروتکل مسیر Sonochemical Turkevich-Frens

به منظور سنتز نانوذرات طلا به روش پایین به بالا به روش Turkevich-Frens، 50 میلی لیتر اسید کلراوریک (HAuCl₄)، 0.025 میلی مولار در یک لیوان شیشه ای 100 میلی لیتری ریخته می شود که در آن 1 میلی لیتر محلول آبی 1.5٪ (w/v) تری سدیم سیترات (Na₃Ct) تحت سونوگرافی در دمای اتاق اضافه شده است. سونوگرافی در 60W، 150W و 210W انجام شد. سدیم₃سی تی / HAuCl₄ نسبت مورد استفاده در نمونه ها 3:1 (وزنی/حجمی) است. پس از امواج فراصوت، محلول های کلوئیدی رنگ های متفاوتی را نشان دادند، بنفش برای 60 وات و قرمز یاقوت برای نمونه های 150 و 210 وات. اندازه های کوچکتر و خوشه های کروی تر از نانوذرات طلا با افزایش قدرت فراصوت با توجه به خصوصیات ساختاری تولید شدند. Fuentes-García و همکاران (2021) در تحقیقات خود تأثیر قوی افزایش فراصوت بر اندازه ذرات، ساختار چند وجهی و خواص نوری نانوذرات طلا سنتز شده سونوشیمیایی و سینتیک واکنش برای تشکیل آنها را نشان می دهد. هر دو نانوذرات طلا با اندازه های 16 نانومتر و 12 نانومتر را می توان با یک روش سونوشیمیایی متناسب تولید کرد. (فوئنتس-گارسیا و همکاران، 2021)
 

(الف، ب) تصویر TEM (مقیاس 50 نانومتر) و (c) توزیع اندازه نانوذرات طلا سنتز شده در a
قدرت فراصوت 17.9 Wcm2.
تصویر و مطالعه: © ذیاب و همکاران، 2020.

سونولیز نانوذرات طلا

روش دیگر برای تولید تجربی ذرات طلا با سونولیز است که در آن از سونوگرافی برای سنتز ذرات طلا با قطر کمتر از 10 نانومتر استفاده می شود. بسته به معرف ها، واکنش سونولیتیک را می توان به روش های مختلف اجرا کرد. به عنوان مثال، فراصوت محلول آبی HAuCl₄ با گلوکز ، رادیکال های هیدروکسیل و رادیکال های پیرولیز قند به عنوان عوامل کاهنده عمل می کنند. این رادیکال ها در ناحیه بین حفره های در حال فروپاشی ایجاد شده توسط سونوگرافی شدید و آب فله تشکیل می شوند. مورفولوژی نانوساختارهای طلا نانوروبان هایی با عرض 30-50 نانومتر و طول چند میکرومتر است. این روبان ها بسیار انعطاف پذیر هستند و می توانند با زوایای بزرگتر از 90 درجه خم شوند. هنگامی که گلوکز با سیکلودکسترین ، یک الیگومر گلوکز جایگزین می شود ، فقط ذرات کروی طلا بدست می آید ، که نشان می دهد گلوکز در هدایت مورفولوژی به سمت روبان ضروری است.

پروتکل نمونه برای سنتز نانو طلا سونوشیمیایی

مواد پیش ساز مورد استفاده برای سنتز نانوذرات طلا پوشش داده شده با سیترات شامل HAuCl4، سدیم سیترات و آب مقطر است. به منظور آماده سازی نمونه، اولین مرحله شامل انحلال HAuCl4 در آب مقطر با غلظت 03/0 مولار بود. پس از آن، محلول HAuCl4 (2 میلی لیتر) به صورت قطره ای به 20 میلی لیتر محلول آبی 03/0 مولار سدیم سیترات اضافه شد. در طول مرحله اختلاط، یک پروب اولتراسونیک با چگالی بالا (20 کیلوهرتز) با یک بوق اولتراسونیک به مدت 5 دقیقه با قدرت صدایی 17.9 وات · سانتی متر در محلول قرار گرفت^H2S
(رجوع کنید به Dhabey در al. 2020)

سنتز نانوتسمه طلا با استفاده از فراصوت

نانوکمربندهای کریستالین تک (نگاه کنید به تصویر TEM سمت چپ) را می توان از طریق فراصوت یک محلول آبی HAuCl4 در حضور α-D-Glucose به عنوان reagens سنتز کرد. نانوکمربندهای طلای سنتز شده به صورت سونوشیمیایی عرض متوسط 30 تا 50 نانومتر و طول چند میکرومتر را نشان می دهند. واکنش اولتراسونیک برای تولید نانوکمربندهای طلا ساده، سریع است و از استفاده از مواد سمی جلوگیری می کند. (رجوع کنید به ژانگ و همکاران، 2006)

سورفکتانت ها بر سنتز سونوشیمیایی نانوذرات طلا تأثیر می گذارند

استفاده از سونوگرافی شدید بر روی واکنش های شیمیایی تبدیل و بازده را آغاز و ترویج می کند. به منظور به دست آوردن اندازه ذرات یکنواخت و اشکال / مورفولوژی های هدفمند خاص، انتخاب سورفکتانت ها یک عامل حیاتی است. افزودن الکل ها همچنین به کنترل شکل و اندازه ذرات کمک می کند. به عنوان مثال ، در حضور a-d-glucose ، واکنشهای عمده در فرآیند سونولیز HAuCl آبی₄ همانطور که در معادلات زیر نشان داده شده است (1-4):
(1) ساعت_H2S O —> H∙ + OH∙
(2) sugar —> pyrolysis radicals
(3) یکسوم + reducing radicals —> Au⁰
(4) nAu⁰ —> AuNP (nanobelts)
(رجوع کنید به ژائو و همکاران، 2014)

قدرت پروب نوع اولتراسونیک

پروب های اولتراسونیک یا sonotrodes (همچنین به نام شاخ مافوق صوت) ارائه سونوگرافی با شدت بالا و حفره صوتی به صورت بسیار متمرکز به محلول های شیمیایی. این انتقال دقیق قابل کنترل و کارآمد از سونوگرافی قدرت اجازه می دهد تا برای قابل اعتماد, شرایط دقیق قابل کنترل و تکرار, که در آن مسیرهای واکنش شیمیایی را می توان آغاز, تشدید و سوئیچ. در مقابل، یک حمام اولتراسونیک (همچنین به عنوان پاک کننده اولتراسونیک یا مخزن شناخته می شود) سونوگرافی را با چگالی توان بسیار کم و لکه های حفره ای به طور تصادفی به حجم مایع زیادی ارائه می دهد. این باعث می شود حمام های اولتراسونیک برای هر گونه واکنش سونوشیمیایی غیرقابل اعتماد باشد.
"حمام های تمیز کننده اولتراسونیک دارای چگالی قدرتی هستند که مربوط به درصد کمی از آن است که توسط یک شاخ اولتراسونیک تولید می شود. استفاده از حمام های تمیز کننده در سونوشیمی محدود است، با توجه به اینکه اندازه ذرات و مورفولوژی کاملا همگن همیشه به دست نمی آید. این به دلیل اثرات فیزیکی سونوگرافی بر روی هسته و فرآیندهای در حال رشد است. (گونزالس مندوزا و همکاران 2015)

مافوق صوت با کارایی بالا برای سنتز نانوذرات طلا

Hielscher مافوق صوت تامین پردازنده های مافوق صوت قدرتمند و قابل اعتماد برای سنتز سونوشیمیایی (sono-سنتز) از نانوذرات مانند طلا و دیگر نانوساختارهای فلزی نجیب. تحریک و پراکندگی مافوق صوت باعث افزایش انتقال جرم در سیستم های ناهمگن می شود و باعث خیس شدن و هسته ای پس از آن خوشه های اتم به منظور رسوب نانوذرات می شود. سنتز التراسونیک نانوذرات یک روش ساده، مقرون به صرفه، زیست سازگار، تکرارپذیر، سریع و ایمن است.
Hielscher مافوق صوت تامین پردازنده های مافوق صوت قدرتمند و دقیق قابل کنترل برای تشکیل ساختارهای نانو اندازه مانند nanosheres، nanorods، nanobelts، نانو روبان، نانوخوشه ها، هسته پوسته ذرات و غیره.
اطلاعات بیشتر در مورد سنتز مافوق صوت نانوذرات مغناطیسی!
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 ساخته شده در کارت SD و ویژگی های یک منوی بصری برای کاربر پسند و عملیات امن.
پوشش محدوده قدرت کامل از 50 وات مافوق صوت دستی برای آزمایشگاه تا 16،000 وات سیستم های اولتراسونیک صنعتی قدرتمند، Hielscher دارای راه اندازی اولتراسونیک ایده آل برای نرم افزار شما. تجهیزات سونوشیمیایی برای تولید دسته ای و مداوم درون خطی در راکتورهای جریان به راحتی در هر اندازه نیمکت و صنعتی در دسترس است. استحکام ماسونیک های Hielscher اجازه می دهد تا برای عملیات 24/7 در وظیفه سنگین و در محیط های خواستار.

جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد: