חלקיקי זהב של צורה אחידה ומורפולוגיה ניתן לסנתז ביעילות באמצעות מסלול סונוכימי. התגובה הכימית מקודמת באולטרסאונד של סינתזת חלקיקי זהב ניתן לשלוט במדויק עבור גודל החלקיקים, צורה (למשל, ננוספירות, nanorods, nanobelts וכו ') ומורפולוגיה. ההליך הכימי היעיל, הפשוט, המהיר והירוק מאפשר ייצור אמין של ננו-מבנים מזהב בקנה מידה תעשייתי.

חלקיקי זהב וננו-מבנים

חלקיקי זהב ומבנים בגודל ננו מיושמים באופן נרחב ב- R&D ותהליכים תעשייתיים בשל המאפיינים הייחודיים של זהב בגודל ננו כולל מאפיינים אלקטרוניים, מגנטיים ואופטיים, אפקטים בגודל קוונטי, תהודה פלסמון פני השטח, פעילות קטליטית גבוהה, הרכבה עצמית בין תכונות אחרות. שדות היישום של ננו-חלקיקי זהב (Au-NPs) נעים בין השימוש כזרז לייצור מכשירים ננואלקטרוניים, כמו גם את השימוש בהדמיה, ננו-פוטוניקה, ננומגנטית, biosensors, חיישנים כימיים, עבור יישומים אופטיים ותראנוסטיים, אספקת תרופות, כמו גם ניצולים אחרים.

שיטות של סינתזת חלקיקי זהב

חלקיקי זהב ננו מובנה ניתן לסנתז באמצעות מסלולים שונים באמצעות ultrasonication ביצועים גבוהים. Ultrasonication היא לא רק טכניקה פשוטה, יעילה ואמינה, יתר על כן sonication יוצר תנאים להפחתה כימית של יוני זהב ללא חומרים כימיים רעילים או קשים ומאפשר היווצרות של חלקיקי מתכת אציליים של מורפוזיות שונות. הבחירה של מסלול וטיפול סונוכימי (הידוע גם בשם sonosynthesis) מאפשר לייצר ננו-מבנים זהב כגון ננו-sheres זהב, nanorods, nanobelts וכו 'עם גודל אחיד מורפולוגיה.
להלן ניתן למצוא נתיבים סונוכימיים נבחרים להכנת חלקיקי זהב.

שיטת טורקוביץ' משופרת באולטרסאונד

Sonication משמש להעצמת תגובת הפחתת ציטוט Turkevich, כמו גם הליכים טורקוביץ 'שונה.
שיטת טורקוביץ' מייצרת חלקיקי זהב כדוריים חד-ממדיים צנועים בקוטר של כ-10-20 ננומטר. חלקיקים גדולים יותר יכולים להיות מיוצרים, אבל במחיר של monodispersity וצורה. בשיטה זו, חומצה כלורוארית חמה מטופלת בתמיסת נתרן סיטראט, המייצרת זהב קולואידי. תגובת טורקוביץ' ממשיכה באמצעות היווצרות של ננו-חוטי זהב ארעיים. חוטי זהב אלה אחראים על המראה הכהה של פתרון התגובה לפני שהוא הופך אודם אדום.
Fuentes-García ואח ' (2020), אשר sonochemicalized חלקיקי זהב מסונתזים, מדווחים כי זה אפשרי לייצר חלקיקי זהב עם אינטראקציה ספיגה גבוהה באמצעות ultrasonication כמקור אנרגיה בלבד, הפחתת דרישות מעבדה ושליטה תכונות שינוי פרמטרים פשוטים.
לי ואח ' (2012) הראה כי אנרגיה קולית היא פרמטר מרכזי לייצור חלקיקי זהב כדורי (AuNPs) בגדלים של 20 עד 50 ננומטר. הסונוסינטזה באמצעות הפחתת נתרן סיטראט מייצרת חלקיקי זהב כדורי חד-סודיים בתמיסה מימית בתנאים אטמוספריים.

שיטת טורקוביץ'-פרנס באמצעות אולטראסאונד

שינוי של נתיב התגובה המתואר לעיל הוא שיטת Turkevich-Frens, שהיא תהליך פשוט מרובה שלבים לסינתזה של חלקיקי זהב. Ultrasonication מקדם את מסלול התגובה Turkevich-Frens באותו אופן כמו נתיב Turkevich. השלב הראשוני של תהליך טורקוביץ'-פרנס רב שלבים, שבו תגובות מתרחשות בסדרה ובמקביל, הוא חמצון של ציטוט המניב אצטון dicarboxy. לאחר מכן, מלח auric מופחת מלח אוורי ו Au⁰והמלח הזוהר מורכב על האו,⁰ אטומים ליצירת AuNP (ראה ערכה להלן).

סינתזת ננו-חלקיקים מזהב בשיטת טורקוביץ'.
תוכנית ולימוד: ©ז'או ואח', 2013

משמעות הדבר היא כי אצטון dicarboxy הנובע חמצון של סיטראט ולא ציטוט עצמו פועל מייצב AuNP בפועל בתגובה Turkevich-Frens. מלח ציטוט משנה בנוסף את ה- pH של המערכת, המשפיע על התפלגות הגודל והגודל של חלקיקי הזהב (AuNPs). תנאים אלה של תגובת Turkevich-Frens לייצר חלקיקי זהב מונודיספרסה כמעט עם גדלי חלקיקים בין 20 ל 40nm. גודל החלקיקים המדויק יכול להשתנות על וריאציה של ה- pH של הפתרון, כמו גם על ידי הפרמטרים הקוליים. AuNPs מיוצב סיטראט הם תמיד גדולים יותר מ 10 ננומטר, בשל יכולת ההפחתה המוגבלת של טריסודיום סיטראט דיהידראט. עם זאת, שימוש ב- D₂O כממס במקום H₂O במהלך הסינתזה של AuNPs מאפשר לסנתז AuNPs עם גודל חלקיקים של 5 ננומטר. כתוספת של D₂O להגדיל את כוח ההפחתה של ציטוט, השילוב של D₂O ו- C₆ח₉נה₃הו₉. (cf. Zhao et al., 2013)

פרוטוקול לנתיב סונוכימי טורקוביץ'-פרנס

על מנת לסנתז חלקיקי זהב בהליך מלמטה למעלה בשיטת Turkevich-Frens, 50mL של חומצה כלורואורית (HAuCl₄), 0.025 mM נשפך לתוך זכוכית 100 מל, אשר 1 מל של 1.5% (w / v) תמיסה מימית של טריסודיום סיטראט (Na₃Ct) מתווסף תחת ultrasonication בטמפרטורת החדר. Ultrasonication בוצע ב 60W, 150W, ו 210W. הנה₃Ct/HAuCl₄ היחס המשמש בדגימות הוא 3:1 (w/v). לאחר ultrasonication, הפתרונות הקולואידיים הראו צבעים שונים, סגול עבור 60 W ואודם אדום עבור 150 ו 210 W דגימות. גדלים קטנים יותר ואשכולות כדוריים יותר של חלקיקי זהב יוצרו על ידי הגדלת כוח sonication, על פי האפיון המבני. Fuentes-García ואח ' (2021) להראות בחקירות שלהם את ההשפעה החזקה של sonication גובר על גודל החלקיקים, מבנה polyhedral ותכונות אופטיות של חלקיקי זהב מסונתזים sonochemicaled ואת קינטיקה התגובה להיווצרותם. שניהם, חלקיקי זהב בגודל של 16nm ו 12nm ניתן לייצר עם הליך sonochemical מותאם אישית. (פואנטס-גרסיה ואח', 2021)

(א,ב) תמונת TEM ו-(ג) התפלגות גודל של חלקיקי זהב מסונתזים סונוכימיים (AuNPs)
תמונה ולימוד: © דיאב ואח', 2020.

סונוליזה של חלקיקי זהב

שיטה נוספת עבור הדור הניסיוני של חלקיקי זהב היא על ידי sonolysis, שבו אולטרסאונד מוחל על סינתזה של חלקיקי זהב עם קוטר של מתחת 10 ננומטר. בהתאם ריאגנטים, התגובה sonolytic ניתן להפעיל בנימוסים שונים. לדוגמה, sonication של פתרון מימי של HAuCl₄ עם גלוקוז, רדיקלים הידרוקסיל ורדיקלים פירוליזה סוכר לפעול כמו סוכנים מפחיתים. רדיקלים אלה נוצרים באזור הבין-דתי בין החללים הקורסים שנוצרו על ידי אולטרסאונד אינטנסיבי והמים בתפזורת. המורפולוגיה של ננו-מבנים זהב הם nanoribbons עם רוחב 30-50 ננומטר ואורך של כמה מיקרומטרים. סרטים אלה גמישים מאוד ויכולים להתכופף עם זוויות גדולות מ-90 מעלות. כאשר גלוקוז מוחלף על ידי cyclodextrin, אוליגומר גלוקוז, רק חלקיקי זהב כדורי מתקבלים, מה שמרמז כי גלוקוז חיוני בהכוונת המורפולוגיה לכיוון סרט.

פרוטוקול מופתי לסינתזת ננו-זהב סונוכימית

חומרים קודמים המשמשים לסנתז AuNPs מצופים ציטוט כוללים HAuCl₄נתרן סיטראט ומים מזוקקים., על מנת להכין את המדגם, הצעד הראשון היה פירוק HAuCl₄ במים מזוקקים בריכוז של 0.03 מ '. לאחר מכן, הפתרון של HAuCl₄ (2 מ"ל) נוסף dropwise ל 20 מ"ל של תמיסה מימית 0.03 M נתרן סיטראט. במהלך שלב הערבוב, בדיקה קולית בצפיפות גבוהה (20 kHz) עם קרן קולי הוכנסה לפתרון במשך 5 דקות בעוצמה נשמעת של 17.9 W·²
(cf. דהבי ב al. 2020)

סינתזת ננו-חגורות זהב באמצעות Sonication

ננו-חגורות קריסטלין בודדות (ראה תמונת TEM משמאל) ניתן לסנתז באמצעות sonication של פתרון מימי של HAuCl₄ בנוכחות α-D-גלוקוז כמו reagens. ננו-חגורות הזהב המסונתזות בסוניוכימית מציגות רוחב ממוצע של 30 עד 50 ננומטר ואורך של כמה מיקרומטרים. התגובה הקולית לייצור ננו-חגורות זהב היא פשוטה, מהירה ומונעת שימוש בחומרים רעילים. (cf. Zhang et al, 2006)

פעילי שטח להשפיע על סינתזה סונוכימית של NPs זהב

היישום של אולטרסאונד אינטנסיבי על תגובות כימיות יוזם ומקדם המרה ותשואות. על מנת להשיג גודל חלקיקים אחיד וצורות / מורפורוגיות ממוקדות מסוימות, הבחירה של פעילי שטח היא גורם קריטי. תוספת של אלכוהול גם מסייע לשלוט על הצורה החלקיקים ואת הגודל. לדוגמה, בנוכחות גלוקוז a-d, התגובות העיקריות בתהליך sonolysis של HAuCl מימית₄ כפי שמתואר במשוואות הבאות (1-4):
(1) ח₂ O —> H∙ + OH∙
(2) סוכר – > רדיקלים פירוליזה
(3) אהשלישי + הפחתת רדיקלים — > Au⁰
(4) nAu⁰ — > AuNP (ננו-חגורות)
(cf. Zhao et al., 2014)

כוחם של אולטרה סאונדורים מסוג בדיקה

בדיקות אולטרה סאונד או sonotrodes (נקרא גם קרניים קוליות) לספק אולטרסאונד בעוצמה גבוהה cavitation אקוסטי בצורה ממוקדת מאוד לפתרונות כימיים. שידור יעיל וניתן לשליטה מדויקת זו של אולטרסאונד כוח מאפשר תנאים אמינים, ניתנים לשליטה מדויקת וניתן לשחזור, שבהם ניתן ליזום מסלולי תגובה כימיים, תוחמים ומוחלפים. לעומת זאת, אמבטיה קולית (הידוע גם בשם מנקה קולי או טנק) מספק אולטרסאונד עם צפיפות כוח נמוכה מאוד כתמי cavitation המתרחשים באופן אקראי לתוך נפח נוזלי גדול. זה עושה אמבטיות קוליות לא אמין עבור כל תגובות סונוכימיות.
"אמבטיות ניקוי אולטרה סאונד יש צפיפות כוח המתאימה אחוז קטן של זה שנוצר על ידי קרן קולית. השימוש בניקוי אמבטיות בסנוכימיה מוגבל, בהתחשב בכך שלא תמיד מגיעים לגודל החלקיקים והמורפולוגיה ההומוגניים לחלוטין. זאת בשל ההשפעות הפיזיות של אולטרסאונד על התגרענות ותהליכי גידול." (גונזלס-מנדוזה ואח' 2015)

Ultrasonicators ביצועים גבוהים עבור סינתזה של חלקיקי זהב

Hielscher אולטרסוניקה מספקת מעבדים קוליים חזקים ואמינים עבור סינתזה סונוכימית (sono-סינתזה) של חלקיקים כגון זהב וננו-מבנים מתכת אציליים אחרים. תסיסה אולטרה סאונד ופיזור מגביר את העברת ההמונים במערכות הטרוגניות ומקדם את הרטבה ואת התגרענות לאחר מכן של אשכולות אטומים על מנת לזרז ננו-חלקיקים. סינתזה אולטרה סאונד של ננו-חלקיקים היא פשוט, חסכוני, ביו תואם, לשחזור, מהיר, ושיטת בטוחה.
Hielscher אולטרסוניקה מספקת מעבדי אולטראסאונד חזקים ובדיוק לשליטה להיווצרות של מבנים בגודל ננו כגון nanosheres, nanorods, nanobelts, ננו-סרטים, nanoclusters, חלקיקי הליבה-פגז וכו '.
לקוחותינו מעריכים את התכונות החכמות של התקנים דיגיטליים של Hielscher, המצוידים בתוכנה חכמה, צג מגע צבעוני, פרוטוקול נתונים אוטומטי בכרטיס SD מובנה וכוללים תפריט אינטואיטיבי לתפעול ידידותי ובטוח למשתמש.
מכסה את טווח הכוח המלא מ 50 וואט ידני ultrasonicators עבור המעבדה עד 16,000 וואט מערכות קולי תעשייתיות חזקות, Hielscher יש את ההתקנה הקולית האידיאלית עבור היישום שלך. ציוד סונוכימי עבור אצווה וייצור מוטבע רציף בכורים זורמים זמין בכל ספסל העליון וגודל תעשייתי. החוסן של הציוד הקולי של Hielscher מאפשר פעולה 24/7 בחובה כבדה ובסביבות תובעניות.

הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו: