Ոսկու նանոմասնիկների արդյունավետ և վերահսկվող սինթեզ

Միատեսակ ձևի և մորֆոլոգիայի ոսկու նանոմասնիկները կարող են արդյունավետորեն սինթեզվել սոնոքիմիական ճանապարհով: Ոսկու նանոմասնիկների սինթեզի ուլտրաձայնային եղանակով խթանվող քիմիական ռեակցիան կարող է ճշգրտորեն վերահսկվել մասնիկների չափի, ձևի (օրինակ՝ նանոսֆերաներ, նանոգողեր, նանոգոտիներ և այլն) և մորֆոլոգիայի համար: Արդյունավետ, պարզ, արագ և կանաչ քիմիական ընթացակարգը թույլ է տալիս արդյունաբերական մասշտաբով ոսկու նանոկառուցվածքների հուսալի արտադրություն:

Ոսկու նանոմասնիկներ և նանոկառուցվածքներ

Ոսկու նանոմասնիկներն ու նանո չափերի կառուցվածքները լայնորեն կիրառվում են Ռ&Դ և արդյունաբերական գործընթացները, որոնք պայմանավորված են նանո չափսի ոսկու եզակի հատկություններով, ներառյալ էլեկտրոնային, մագնիսական և օպտիկական բնութագրերը, քվանտային չափի էֆեկտները, մակերեսային պլազմոնային ռեզոնանսը, բարձր կատալիտիկ ակտիվությունը, ինքնակազմակերպումը, ի թիվս այլ հատկությունների: Ոսկու նանոմասնիկների (Au-NPs) կիրառման ոլորտները տատանվում են՝ որպես կատալիզատորի օգտագործումից մինչև նանոէլեկտրոնային սարքերի արտադրություն, ինչպես նաև կիրառում պատկերների, նանոֆոտոնիկայի, նանոմագնիսական, կենսասենսորների, քիմիական տվիչների, օպտիկական և թերանոստիկ սարքերի համար: դիմումներ, դեղերի առաքում, ինչպես նաև այլ օգտագործում:

Ոսկու նանոմասնիկների սինթեզի մեթոդներ

Նանո-կառուցվածքով ոսկու մասնիկները կարող են սինթեզվել տարբեր ուղիներով, օգտագործելով բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային եղանակը: Ուլտրաձայնային ախտորոշումը ոչ միայն պարզ, արդյունավետ և հուսալի տեխնիկա է, այլև ձայնային ախտահանումը պայմաններ է ստեղծում ոսկու իոնների քիմիական նվազման համար՝ առանց թունավոր կամ կոպիտ քիմիական նյութերի և հնարավորություն է տալիս ձևավորել տարբեր մորֆոլոգիայի ազնիվ մետաղական նանոմասնիկներ: հայտնի է նաև որպես սոնոսինթեզ) թույլ է տալիս արտադրել ոսկու նանոկառուցվածքներ, ինչպիսիք են ոսկու նանոշերտերը, նանոգողերը, նանոգոտիները և այլն՝ միատեսակ չափերով և ձևաբանությամբ:
Ստորև կարող եք գտնել ընտրված սոնոքիմիական ուղիներ ոսկու նանոմասնիկների պատրաստման համար։

Ուլտրաձայնային բարելավված Թուրքևիչ մեթոդ

Sonication-ը օգտագործվում է ուժեղացնելու Turkevich ցիտրատ-վերականգնման ռեակցիան, ինչպես նաև փոփոխված Turkevich ընթացակարգերը:
Թուրքևիչի մեթոդը արտադրում է մոտ 10-20 նմ տրամագծով ոսկու համեստ միաձույլ գնդաձև նանոմասնիկներ: Ավելի մեծ մասնիկներ կարող են արտադրվել, բայց միաձույլ ցրվածության և ձևի գնով: Այս մեթոդով տաք քլորաուրինաթթուն մշակվում է նատրիումի ցիտրատի լուծույթով՝ առաջացնելով կոլոիդային ոսկի։ Թուրքևիչի ռեակցիան ընթանում է անցողիկ ոսկյա նանոլարերի ձևավորմամբ։ Այս ոսկյա նանոլարերը պատասխանատու են ռեակցիայի լուծույթի մուգ տեսքի համար՝ նախքան այն կարմրավուն դառնալը:
Ֆուենտես-Գարսիա և այլք։ (2020 թ.), ով սոնոքիմիապես սինթեզել է ոսկու նանոմասնիկները, հայտնում է, որ հնարավոր է արտադրել ոսկու նանոմասնիկներ բարձր կլանման փոխազդեցությամբ՝ օգտագործելով ուլտրաձայնայինացումը որպես էներգիայի միակ աղբյուր՝ նվազեցնելով լաբորատոր պահանջները և վերահսկելով պարզ պարամետրերը փոփոխող հատկությունները:
Լի et al. (2012) ցույց տվեց, որ ուլտրաձայնային էներգիան հիմնական պարամետրն է 20-ից 50 նմ կարգավորելի չափերի գնդաձև ոսկու նանոմասնիկների (AuNPs) արտադրության համար: Սոնոսինթեզը նատրիումի ցիտրատի կրճատման միջոցով առաջացնում է մոնոդիսպերս գնդաձև ոսկու նանոմասնիկներ ջրային լուծույթում մթնոլորտային պայմաններում:

Ուլտրաձայնի օգտագործմամբ Թուրքևիչ-Ֆրենս մեթոդը

Վերը նկարագրված ռեակցիայի ուղու փոփոխությունը Թուրքևիչ-Ֆրենս մեթոդն է, որը ոսկու նանոմասնիկների սինթեզի պարզ բազմաստիճան գործընթաց է: Ուլտրաձայնային ախտորոշումը նպաստում է Թուրքևիչ-Ֆրենս ռեակցիայի ուղին այնպես, ինչպես Թուրքևիչ երթուղին: Թուրքևիչ-Ֆրենս բազմաստիճան գործընթացի սկզբնական քայլը, որտեղ ռեակցիաները տեղի են ունենում հաջորդաբար և զուգահեռաբար, ցիտրատի օքսիդացումն է, որը տալիս է դիկարբոքսի ացետոն: Այնուհետև աուրիկական աղը վերածվում է աուրուսի աղի և Au⁰, իսկ աուրուս աղը հավաքվում է Au-ի վրա⁰ ատոմները՝ AuNP-ը ձևավորելու համար (տե՛ս ստորև ներկայացված սխեման):
 

Ոսկու նանոմասնիկների սինթեզ Տուրկևիչի մեթոդով.
սխեման և ուսումնասիրություն. © Zhao et al., 2013 թ

Սա նշանակում է, որ դիկարբոքսի ացետոնը, որը առաջանում է ցիտրատի, այլ ոչ թե ինքնին ցիտրատի օքսիդացումից, գործում է որպես իրական AuNP կայունացուցիչ թուրքևիչ-Ֆրենս ռեակցիայում: Ցիտրատային աղը լրացուցիչ փոփոխում է համակարգի pH-ը, որն ազդում է ոսկու նանոմասնիկների (AuNPs) չափերի և չափերի բաշխման վրա: Թուրքևիչ-Ֆրենս ռեակցիայի այս պայմանները արտադրում են գրեթե միաձույլ ոսկու նանոմասնիկներ՝ մասնիկների չափսերով 20-40 նմ միջակայքում: Մասնիկների ճշգրիտ չափը կարող է փոփոխվել լուծույթի pH-ի փոփոխության, ինչպես նաև ուլտրաձայնային պարամետրերով: Ցիտրատով կայունացված AuNP-ները միշտ ավելի մեծ են, քան 10 նմ, ինչը պայմանավորված է տրինատրիումի ցիտրատ դիհիդրատի սահմանափակ վերականգնողական ունակությամբ: Այնուամենայնիվ, օգտագործելով Դ₂O-ն որպես լուծիչ H2O-ի փոխարեն AuNP-ների սինթեզի ժամանակ թույլ է տալիս սինթեզել AuNP-ներ 5 նմ մասնիկի չափով: Քանի որ D2O-ի ավելացումը մեծացնում է ցիտրատի վերականգնող ուժը, D2O-ի և C-ի համադրությունը₆Հ₉Նա₃Օ₉. (տես Zhao et al., 2013)

Արձանագրություն Sonochemical Turkevich-Frens երթուղու համար

Տուրկևիչ-Ֆրենս մեթոդով ոսկու նանոմասնիկները ներքևից վեր սինթեզելու համար 50 մլ քլորավրիկ թթու (HAuCl)₄0,025 մՄ լցնում են 100 մլ ապակե բաժակի մեջ, որի մեջ 1 մլ տրինատրիումի ցիտրատի 1,5% (վ/վ) ջրային լուծույթ (Na):₃Ct) ավելացվում է ուլտրաձայնային եղանակով սենյակային ջերմաստիճանում: Ուլտրաձայնային հետազոտությունը կատարվել է 60 Վտ, 150 Վտ և 210 Վտ հզորությամբ: The Na₃Ct/HAuCl₄ Նմուշներում օգտագործված հարաբերակցությունը 3:1 է (w/v): Ուլտրաձայնային աշխատանքից հետո կոլոիդային լուծույթները ցույց տվեցին տարբեր գույներ՝ մանուշակագույնը՝ 60 Վտ, իսկ կարմրավունը՝ 150 և 210 Վտ հզորությամբ նմուշների համար: Ավելի փոքր չափսեր և ոսկու նանոմասնիկների ավելի գնդաձև կլաստերներ ստացվել են ձայնային արտանետման հզորության բարձրացման արդյունքում՝ համաձայն կառուցվածքային բնութագրման: Ֆուենտես-Գարսիա և այլք։ (2021 թ.) իրենց հետազոտություններում ցույց են տալիս բարձրացող ձայնային ազդեցությունը մասնիկների չափի, բազմաեզրական կառուցվածքի և օպտիկական հատկությունների վրա՝ սոնոքիմիապես սինթեզված ոսկու նանոմասնիկների և դրանց առաջացման ռեակցիայի կինետիկի վրա: Երկուսն էլ՝ 16 նմ և 12 նմ չափերով ոսկու նանոմասնիկները կարող են արտադրվել հատուկ սոնոքիմիական ընթացակարգով։ (Fuentes-García et al., 2021)
 

(ա, բ) TEM պատկեր (50 նմ սանդղակ) և (գ) AuNP-ների չափերի բաշխում, որոնք սինթեզված են
sonication հզորությունը 17.9 Wcm2.
Նկար և ուսումնասիրություն՝ © Dheyab et al., 2020:

Ոսկու նանոմասնիկների սոնոլիզ

Ոսկու մասնիկների փորձարարական առաջացման մեկ այլ մեթոդ սոնոլիզն է, որտեղ ուլտրաձայնը կիրառվում է 10 նմ-ից ցածր տրամագծով ոսկու մասնիկների սինթեզի համար: Կախված ռեակտիվներից, սոնոլիտիկ ռեակցիան կարող է իրականացվել տարբեր ձևերով: Օրինակ՝ HAuCl-ի ջրային լուծույթի արտաձայնային ախտահանում₄ գլյուկոզայի, հիդրօքսիլային ռադիկալների և շաքարի պիրոլիզի ռադիկալների հետ գործում են որպես վերականգնող նյութեր: Այս ռադիկալները ձևավորվում են ինտենսիվ ուլտրաձայնի հետևանքով առաջացած փլուզվող խոռոչների և զանգվածային ջրի միջերեսային շրջանում: Ոսկու նանոկառուցվածքների մորֆոլոգիան 30–50 նմ լայնությամբ և մի քանի միկրոմետր երկարությամբ նանոժապավեններ են։ Այս ժապավենները շատ ճկուն են և կարող են թեքվել 90°-ից մեծ անկյուններով: Երբ գլյուկոզան փոխարինվում է ցիկլոդեքստրինով՝ գլյուկոզայի օլիգոմերով, ստացվում են միայն գնդաձև ոսկու մասնիկներ, ինչը ենթադրում է, որ գլյուկոզան էական նշանակություն ունի մորֆոլոգիան դեպի ժապավենը ուղղորդելու համար:

Սոնոքիմիական նանո-ոսկու սինթեզի օրինակելի արձանագրություն

Ցիտրատով պատված AuNP-ների սինթեզման համար օգտագործվող պրեկուրսոր նյութերը ներառում են HAuCl4, նատրիումի ցիտրատ և թորած ջուր: Նմուշը պատրաստելու համար առաջին քայլը ներառում էր HAuCl4-ի տարրալուծումը թորած ջրի մեջ 0,03 Մ կոնցենտրացիայով: Այնուհետև, HAuCl4-ի լուծույթը (2 մլ) կաթիլ-կաթիլ ավելացվեց 20 մլ 0,03 Մ նատրիումի ցիտրատի ջրային լուծույթին: Խառնման փուլում բարձր խտության ուլտրաձայնային զոնդ (20 կՀց) ուլտրաձայնային շչակով լուծույթի մեջ տեղադրվեց 5 րոպե 17,9 Վտ. սմ ձայնային հզորությամբ:²
(տես Dhabey at al. 2020)

Ոսկու նանոգոտի սինթեզ՝ օգտագործելով Sonication

Մեկ բյուրեղային նանոգոտիները (տես TEM պատկերը ձախից) կարող են սինթեզվել HAuCl4-ի ջրային լուծույթի սինթեզման միջոցով α-D-գլյուկոզայի առկայության դեպքում՝ որպես ռեագեններ: Սոնոքիմիապես սինթեզված ոսկու նանոգոտիները ցույց են տալիս միջին լայնությունը 30-ից 50 նմ և մի քանի միկրոմետր երկարություն: Ոսկու նանոգոտիների արտադրության ուլտրաձայնային ռեակցիան պարզ է, արագ և խուսափում է թունավոր նյութերի օգտագործումից: (տես Zhang et al, 2006 թ.)

Մակերեւութային ակտիվ նյութեր, որոնք ազդում են ոսկու NP-ների սոնոքիմիական սինթեզի վրա

Քիմիական ռեակցիաների վրա ինտենսիվ ուլտրաձայնի կիրառումը սկսում և նպաստում է փոխակերպմանն ու բերքատվությանը: Մասնիկների միատեսակ չափը և որոշակի նպատակային ձևեր/մորֆոլոգիաներ ստանալու համար մակերեսային ակտիվ նյութերի ընտրությունը կարևոր գործոն է: Սպիրտների ավելացումն օգնում է նաև վերահսկել մասնիկների ձևն ու չափը։ Օրինակ, ադ-գլյուկոզայի առկայության դեպքում հիմնական ռեակցիաները ջրային HAuCl-ի սոնոլիզի գործընթացում₄ ինչպես պատկերված է հետևյալ հավասարումներով (1-4).
(1) Հ₂ O —> H∙ + OH∙
(2) sugar —> pyrolysis radicals
(3) ԱIII + reducing radicals —> Au⁰
(4) nAu⁰ —> AuNP (nanobelts)
(տես Zhao et al., 2014)

Զոնդի տիպի ուլտրաձայնային սարքերի հզորությունը

Ուլտրաձայնային զոնդերը կամ սոնոտրոդները (նաև կոչվում են ուլտրաձայնային եղջյուրներ) բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային և ակուստիկ կավիտացիա են հաղորդում քիմիական լուծույթների մեջ շատ կենտրոնացված ձևով: Էլեկտրաէներգիայի ուլտրաձայնի ճշգրիտ վերահսկելի և արդյունավետ փոխանցումը թույլ է տալիս հուսալի, ճշգրիտ վերահսկելի և վերարտադրելի պայմաններ, որտեղ քիմիական ռեակցիայի ուղիները կարող են սկսվել, ուժեղացվել և փոխվել: Ի հակադրություն, ուլտրաձայնային բաղնիքը (նաև հայտնի է որպես ուլտրաձայնային մաքրող միջոց կամ տանկ) ապահովում է ուլտրաձայնային շատ ցածր էներգիայի խտությամբ և պատահականորեն առաջացող կավիտացիայի բծերով հեղուկի մեծ ծավալի մեջ: Սա անվստահելի է դարձնում ուլտրաձայնային լոգանքները ցանկացած sonochemical ռեակցիաների համար:
«Ուլտրաձայնային մաքրման լոգանքները ունեն հզորության խտություն, որը համապատասխանում է ուլտրաձայնային շչակի կողմից առաջացած էներգիայի փոքր տոկոսին: Մաքրող վաննաների օգտագործումը սոնոքիմիայում սահմանափակ է, հաշվի առնելով, որ մասնիկների լրիվ միատարր չափերը և մորֆոլոգիան միշտ չէ, որ ձեռք են բերվում: Դա պայմանավորված է ուլտրաձայնի ֆիզիկական ազդեցություններով միջուկացման և աճող գործընթացների վրա»: (González-Mendoza et al. 2015)

Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքեր ոսկու նանոմասնիկների սինթեզի համար

Hielscher Ultrasonics-ը մատակարարում է հզոր և հուսալի ուլտրաձայնային պրոցեսորներ նանոմասնիկների սոնոքիմիական սինթեզի (սոնո-սինթեզ) համար, ինչպիսիք են ոսկին և այլ ազնիվ մետաղական նանոկառուցվածքներ: Ուլտրաձայնային գրգռումը և ցրումը մեծացնում են զանգվածի փոխանցումը տարասեռ համակարգերում և նպաստում ատոմների կլաստերների թրջմանը և հետագա միջուկացմանը՝ նանո-մասնիկները նստեցնելու համար: Նանո-մասնիկների ուլտրաձայնային սինթեզը պարզ, ծախսարդյունավետ, կենսահամատեղելի, վերարտադրվող, արագ և անվտանգ մեթոդ է:
Hielscher Ultrasonics-ը մատակարարում է հզոր և ճշգրիտ կառավարելի ուլտրաձայնային պրոցեսորներ՝ նանո չափերի կառուցվածքների ձևավորման համար, ինչպիսիք են նանոշերերները, նանոռողակները, նանոգոտիները, նանո ժապավենները, նանոկլաստերը, միջուկային կեղևի մասնիկները և այլն:
Կարդացեք ավելին մագնիսական նանոմասնիկների ուլտրաձայնային սինթեզի մասին:
Մեր հաճախորդները գնահատում են Hielscher թվային սարքերի խելացի հնարավորությունները, որոնք հագեցած են խելացի ծրագրաշարով, գունավոր սենսորային էկրանով, տվյալների ավտոմատ արձանագրումով ներկառուցված SD-քարտով և ունեն ինտուիտիվ ընտրացանկ՝ օգտագործողի համար հարմար և անվտանգ շահագործման համար:
Լաբորատորիայի համար 50 Վտ ձեռքի ուլտրաձայնային սարքերից մինչև 16,000 Վտ հզորությամբ հզոր արդյունաբերական ուլտրաձայնային համակարգերի ամբողջ հզորությունը ընդգրկելով՝ Hielscher-ն ունի իդեալական ուլտրաձայնային կարգավորում ձեր կիրառման համար: Սոնոքիմիական սարքավորումները հոսքային ռեակտորներում խմբաքանակային և շարունակական ներկառուցված արտադրության համար մատչելի են ցանկացած նստարանային և արդյունաբերական չափսերի համար: Hielscher sonicators-ի ամրությունը թույլ է տալիս 24/7 աշխատել ծանր պարտականությունների ժամանակ և պահանջկոտ միջավայրերում:

Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.