सोने के नैनोकणों का कुशल और नियंत्रित संश्लेषण

समान आकार और आकृति विज्ञान के सोने के नैनोकणों को सोनोकेमिकल मार्ग के माध्यम से कुशलतापूर्वक संश्लेषित किया जा सकता है। सोने के नैनोपार्टिकल संश्लेषण की अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित रासायनिक प्रतिक्रिया को कण आकार, आकार (जैसे, नैनोस्फीयर, नैनोरोड्स, नैनोबेल्ट आदि) और आकृति विज्ञान के लिए ठीक से नियंत्रित किया जा सकता है। प्रभावोत्पादक, सरल, तेजी से और हरे रंग की रासायनिक प्रक्रिया औद्योगिक पैमाने पर सोने के नैनोस्ट्रक्चर के विश्वसनीय उत्पादन की अनुमति देती है।

गोल्ड नैनोपार्टिकल्स और नैनोस्ट्रक्चर

आर में सोने के नैनोकणों और नैनो आकार की संरचनाओं को व्यापक रूप से लागू किया जाता है&इलेक्ट्रॉनिक, चुंबकीय और ऑप्टिकल विशेषताओं, क्वांटम आकार के प्रभाव, सतह प्लास्मोन अनुनाद, उच्च उत्प्रेरक गतिविधि, अन्य गुणों के बीच आत्म-विधानसभा सहित नैनो आकार के सोने के अद्वितीय गुणों के कारण डी और औद्योगिक प्रक्रियाएं। सोने के नैनो-कणों (एयू-एनपी) के लिए आवेदन के क्षेत्र उत्प्रेरक के रूप में उपयोग से लेकर नैनोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण के साथ-साथ इमेजिंग, नैनो-फोटोनिक्स, नैनोमैग्नेटिक, बायोसेंसर, रासायनिक सेंसर में उपयोग के लिए ऑप्टिकल और थेरानोस्टिक अनुप्रयोगों के लिए, दवा वितरण के साथ-साथ अन्य उपयोग।

गोल्ड नैनोपार्टिकल संश्लेषण के तरीके

नैनो-संरचित सोने के कणों को उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग करके विभिन्न मार्गों के माध्यम से संश्लेषित किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिकेशन न केवल एक सरल, कुशल और विश्वसनीय तकनीक है, इसके अलावा सोनिकेशन विषाक्त या कठोर रासायनिक एजेंटों के बिना सोने के आयनों की रासायनिक कमी के लिए स्थितियां बनाता है और विभिन्न आकृति विज्ञान के महान धातु नैनोकणों के गठन के लिए सक्षम बनाता है। मार्ग और सोनोकेमिकल उपचार (जिसे सोनोसिंथेसिस के रूप में भी जाना जाता है) की पसंद सोने के नैनोस्ट्रक्चर जैसे कि सोने के नैनोशेरे, नैनोरोड्स, नैनोबेल्ट आदि को समान आकार और आकृति विज्ञान के साथ उत्पादन करने की अनुमति देती है।
नीचे आप सोने के नैनोकणों की तैयारी के लिए चयनित सोनोकेमिकल पथ पा सकते हैं।

अल्ट्रासोनिक रूप से बेहतर तुर्केविच विधि

सोनिकेशन का उपयोग तुर्केविच साइट्रेट-कमी प्रतिक्रिया के साथ-साथ संशोधित तुर्केविच प्रक्रियाओं को तेज करने के लिए किया जाता है।
तुर्केविच विधि व्यास में लगभग 10-20nm के मामूली मोनोडिस्पर्स गोलाकार सोने के नैनोकणों का उत्पादन करती है। बड़े कणों का उत्पादन किया जा सकता है, लेकिन मोनोडिस्पर्सिटी और आकार की कीमत पर। इस विधि में, गर्म क्लोरोऑरिक एसिड को सोडियम साइट्रेट समाधान के साथ इलाज किया जाता है, जो कोलाइडयन सोने का उत्पादन करता है। तुर्केविच प्रतिक्रिया क्षणिक सोने के नैनोवायर के गठन के माध्यम से आगे बढ़ती है। ये सोने के नैनोवायर रूबी-लाल होने से पहले प्रतिक्रिया समाधान की अंधेरे उपस्थिति के लिए जिम्मेदार हैं।
फ़्यूएंट्स-गार्सिया एट अल (2020), जिन्होंने सोनोकेमिकल रूप से सोने के नैनोकणों को संश्लेषित किया, रिपोर्ट करते हैं कि एकमात्र ऊर्जा स्रोत के रूप में अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग करके उच्च अवशोषण इंटरैक्शन के साथ सोने के नैनोकणों का निर्माण करना संभव है, प्रयोगशाला आवश्यकताओं को कम करना और सरल मापदंडों को संशोधित करने वाले गुणों को नियंत्रित करना।
ली एट अल (2012) ने प्रदर्शित किया कि अल्ट्रासोनिक ऊर्जा 20 से 50 एनएम के ट्यून करने योग्य आकार के गोलाकार सोने के नैनोकणों (एयूएनपी) के उत्पादन के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। सोडियम साइट्रेट कमी के माध्यम से सोनोसिंथेसिस वायुमंडलीय परिस्थितियों में जलीय घोल में मोनोडिस्पर्स गोलाकार सोने के नैनोकणों का उत्पादन करता है।

अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके तुर्केविच-फ्रेन्स विधि

ऊपर वर्णित प्रतिक्रिया पथ का एक संशोधन तुर्केविच-फ्रेन्स विधि है, जो सोने के नैनोकणों के संश्लेषण के लिए एक सरल बहु-चरण प्रक्रिया है। अल्ट्रासोनिकेशन तुर्केविच-फ्रेन्स प्रतिक्रिया मार्ग को उसी तरह से बढ़ावा देता है जैसे कि तुर्केविच मार्ग। तुर्केविच-फ्रेन्स बहु-चरण प्रक्रिया का प्रारंभिक चरण, जहां प्रतिक्रियाएं श्रृंखला में और समानांतर में होती हैं, साइट्रेट का ऑक्सीकरण होता है जो डाइकारबॉक्सी एसीटोन पैदा करता है। फिर, ऑरिक नमक को औरस नमक और एयू में कम कर दिया जाता है⁰, और aurous नमक Au पर इकट्ठा किया जाता है⁰ एयूएनपी बनाने के लिए परमाणु (नीचे योजना देखें)।
 

"तुर्केविच विधि के माध्यम से गोल्ड नैनोपार्टिकल संश्लेषण"।
योजना और अध्ययन: ©झाओ एट अल।

इसका मतलब यह है कि साइट्रेट के बजाय साइट्रेट के ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप डाइकारबॉक्सी एसीटोन तुर्केविच-फ्रेन्स प्रतिक्रिया में वास्तविक एयूएनपी स्टेबलाइजर के रूप में कार्य कर रहा है। साइट्रेट नमक अतिरिक्त रूप से सिस्टम के पीएच को संशोधित करता है, जो सोने के नैनोकणों (एयूएनपी) के आकार और आकार के वितरण को प्रभावित करता है। तुर्केविच-फ्रेन्स प्रतिक्रिया की ये स्थितियां 20 से 40nm के बीच कण आकार के साथ लगभग मोनोडिस्पर्स सोने के नैनोकणों का उत्पादन करती हैं। सटीक कण आकार को समाधान के पीएच के साथ-साथ अल्ट्रासोनिक मापदंडों द्वारा भिन्नता पर संशोधित किया जा सकता है। ट्राइसोडियम साइट्रेट डाइहाइड्रेट की सीमित कम करने की क्षमता के कारण साइट्रेट-स्थिर एयूएनपी हमेशा 10 एनएम से बड़े होते हैं। हालांकि, डी का उपयोग करना₂AuNPs के संश्लेषण के दौरान H2O के बजाय विलायक के रूप में O 5 एनएम के कण आकार के साथ AuNPs को संश्लेषित करने की अनुमति देता है। चूंकि D2O के अतिरिक्त साइट्रेट की कम करने की ताकत में वृद्धि होती है, D2O और C का संयोजन₆H₉ना₃O₉. (सीएफ झाओ एट अल।

सोनोकेमिकल तुर्केविच-फ्रेन्स रूट के लिए प्रोटोकॉल

आदेश Turkevich-Frens विधि के माध्यम से एक नीचे ऊपर प्रक्रिया में सोने नैनोकणों संश्लेषित करने के लिए, क्लोरोऑरिक एसिड के 50mL (HAuCl₄), 0.025 मिमी को 100 एमएल ग्लास बीकर में डाला जाता है, जिसमें ट्राइसोडियम साइट्रेट (ना ) के 1.5% (डब्ल्यू /₃सीटी) कमरे के तापमान पर ultrasonication के तहत जोड़ा जाता है। अल्ट्रासोनिकेशन 60W, 150W और 210W पर किया गया था। द ना₃सीटी/एचएयूसीएल₄ नमूनों में प्रयुक्त अनुपात 3:1 (w/v) है। अल्ट्रासोनिकेशन के बाद, कोलाइडल समाधानों ने अलग-अलग रंग दिखाए, 60 डब्ल्यू के लिए बैंगनी और 150 और 210 डब्ल्यू नमूनों के लिए रूबी-लाल। संरचनात्मक लक्षण वर्णन के अनुसार, सोने के नैनोकणों के छोटे आकार और अधिक गोलाकार समूहों का उत्पादन सोनिकेशन शक्ति को बढ़ाकर किया गया था। फ़्यूएंट्स-गार्सिया एट अल (2021) अपनी जांच में कण आकार, पॉलीहेड्रल संरचना और सोनोकेमिकल रूप से संश्लेषित सोने के नैनोकणों के ऑप्टिकल गुणों और उनके गठन के लिए प्रतिक्रिया कैनेटीक्स पर बढ़ते सोनीशन के मजबूत प्रभाव को दिखाते हैं। दोनों, 16nm और 12nm के आकार वाले सोने के नैनोकणों को एक अनुरूप सोनोकेमिकल प्रक्रिया के साथ उत्पादित किया जा सकता है। (फ़्यूएंट्स-गार्सिया एट अल., 2021)
 

(ए, बी) टीईएम छवि (50 एनएम का पैमाना) और (सी) एयूएनपी का आकार वितरण एक पर संश्लेषित
सोनिकेशन पावर 17.9 Wcm2।
चित्र और अध्ययन: © ढेयब एट अल।

गोल्ड नैनोपार्टिकल्स का सोनोलिसिस

सोने के कणों की प्रयोगात्मक पीढ़ी के लिए एक और विधि सोनोलिसिस द्वारा है, जहां अल्ट्रासाउंड 10 एनएम से कम के व्यास के साथ सोने के कणों के संश्लेषण के लिए लागू किया जाता है। अभिकर्मकों के आधार पर, सोनोलिटिक प्रतिक्रिया को विभिन्न शिष्टाचार में चलाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, HAuCl के जलीय घोल का सोनिकेशन₄ ग्लूकोज के साथ, हाइड्रॉक्सिल रेडिकल और चीनी पायरोलिसिस रेडिकल कम करने वाले एजेंटों के रूप में कार्य करते हैं। ये रेडिकल तीव्र अल्ट्रासाउंड और थोक पानी द्वारा बनाई गई ढहने वाली गुहाओं के बीच इंटरफेसियल क्षेत्र में बनते हैं। सोने के नैनोस्ट्रक्चर की आकृति विज्ञान नैनोरिबन हैं जिनकी चौड़ाई 30-50 एनएम और कई माइक्रोमीटर की लंबाई है। ये रिबन बहुत लचीले होते हैं और 90° से बड़े कोणों के साथ झुक सकते हैं। जब ग्लूकोज को साइक्लोडेक्सट्रिन, एक ग्लूकोज ओलिगोमर द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, तो केवल गोलाकार सोने के कण प्राप्त होते हैं, यह सुझाव देते हुए कि ग्लूकोज आकृति विज्ञान को रिबन की ओर निर्देशित करने में आवश्यक है।

सोनोकेमिकल नैनो-गोल्ड संश्लेषण के लिए अनुकरणीय प्रोटोकॉल

साइट्रेट-लेपित AuNPs को संश्लेषित करने के लिए उपयोग की जाने वाली अग्रदूत सामग्री में HAuCl4, सोडियम साइट्रेट और आसुत जल शामिल हैं। नमूना तैयार करने के लिए, पहले चरण में 0.03 एम की एकाग्रता के साथ आसुत जल में HAuCl4 का विघटन शामिल था। इसके बाद, HAuCl4 (2 mL) के घोल को जलीय 0.03 M सोडियम साइट्रेट घोल के 20 mL में ड्रॉपवाइज जोड़ा गया। मिश्रण चरण के दौरान, एक अल्ट्रासोनिक हॉर्न के साथ एक उच्च घनत्व अल्ट्रासोनिक जांच (20 kHz) को 17.9 W·cm की ध्वनि शक्ति पर 5 मिनट के लिए समाधान में डाला गया था²
(cf. Dhabey at al. 2020)

गोल्ड नैनोबेल्ट संश्लेषण Sonication का उपयोग कर

एकल क्रिस्टालिन नैनोबेल्ट (टीईएम छवि बाएं देखें) को रीजेंस के रूप में α-डी-ग्लूकोज की उपस्थिति में एचएयूसीएल 4 के जलीय घोल के सोनिकेशन के माध्यम से संश्लेषित किया जा सकता है। सोनोकेमिकल रूप से संश्लेषित सोने के नैनोबेल्ट 30 से 50 एनएम की औसत चौड़ाई और कई माइक्रोमीटर लंबाई दिखाते हैं। सोने के नैनोबेल्ट के उत्पादन के लिए अल्ट्रासोनिक प्रतिक्रिया सरल, तेज है और विषाक्त पदार्थों के उपयोग से बचा जाता है। झांग एट अल, 2006)

गोल्ड एनपी के सोनोकेमिकल संश्लेषण को प्रभावित करने के लिए सर्फेक्टेंट

रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर तीव्र अल्ट्रासाउंड का आवेदन रूपांतरण और पैदावार को शुरू करता है और बढ़ावा देता है। आकृति विज्ञान प्राप्त करने के लिए, सर्फेक्टेंट की पसंद एक महत्वपूर्ण कारक है। अल्कोहल के अलावा कण आकार और आकार को नियंत्रित करने में भी मदद करता है। उदाहरण के लिए, ए-डी-ग्लूकोज की उपस्थिति में, जलीय एचएयूसीएल की सोनोलिसिस प्रक्रिया में प्रमुख प्रतिक्रियाएं₄ जैसा कि निम्नलिखित समीकरणों (1-4) में दर्शाया गया है:
(1) एच₂ O —> H∙ + OH∙
(2) sugar —> pyrolysis radicals
(३) एतृतीय + reducing radicals —> Au⁰
(४) नाउ⁰ —> AuNP (nanobelts)
(सीएफ झाओ एट अल।

जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर की शक्ति

अल्ट्रासोनिक जांच या सोनोट्रोड्स (जिसे अल्ट्रासोनिक सींग भी कहा जाता है) रासायनिक समाधानों में बहुत केंद्रित रूप में उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड और ध्वनिक गुहिकायन प्रदान करते हैं। पावर अल्ट्रासाउंड का यह ठीक से नियंत्रणीय और कुशल संचरण विश्वसनीय, ठीक नियंत्रणीय और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य स्थितियों की अनुमति देता है, जहां रासायनिक प्रतिक्रिया मार्गों को शुरू किया जा सकता है, तेज किया जा सकता है और स्विच किया जा सकता है। इसके विपरीत, एक अल्ट्रासोनिक स्नान (जिसे अल्ट्रासोनिक क्लीनर या टैंक के रूप में भी जाना जाता है) बहुत कम बिजली घनत्व और बेतरतीब ढंग से होने वाले गुहिकायन स्पॉट के साथ अल्ट्रासाउंड को एक बड़ी तरल मात्रा में वितरित करता है। यह अल्ट्रासोनिक स्नान को किसी भी सोनोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के लिए अविश्वसनीय बनाता है।
"अल्ट्रासोनिक सफाई स्नान में एक शक्ति घनत्व होता है जो अल्ट्रासोनिक हॉर्न द्वारा उत्पन्न एक छोटे प्रतिशत से मेल खाता है। सोनोकेमिस्ट्री में सफाई स्नान का उपयोग सीमित है, यह देखते हुए कि पूरी तरह से सजातीय कण आकार और आकृति विज्ञान हमेशा नहीं पहुंचता है। यह न्यूक्लियेशन और बढ़ती प्रक्रियाओं पर अल्ट्रासाउंड के शारीरिक प्रभावों के कारण है। (गोंजालेज-मेंडोज़ा एट अल 2015)

सोने नैनोकणों के संश्लेषण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिकेटर

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