金ナノ粒子の効率的で制御された合成

均一な形状および形態の金ナノ粒子は、ソノケミカル経路を介して効率的に合成することができる。金ナノ粒子合成の超音波促進化学反応は、粒子径、形状(例えば、ナノスフィア、ナノロッド、ナノベルトなど)および形態について正確に制御することができる。有効性、シンプル、迅速かつグリーンの化学的手順は、工業規模で金ナノ構造体の信頼性の高い生産を可能にします。

金ナノ粒子とナノ構造

金ナノ粒子とナノサイズの構造が広くRに実装されている&電子、磁気、光学特性、量子サイズ効果、表面プラズモン共鳴、高触媒活性、自己集合性など、ナノサイズの金の特性に起因するDおよび工業プロセス。金ナノ粒子(Au-NPs)の応用分野は、触媒としての使用からナノ電子デバイスの製造に至るとともに、イメージング、ナノフォトニクス、ナノ磁気、バイオセンサー、化学センサー、光学およびテラノスティック用途、薬物送達、その他の利用用途に使用される。

金ナノ粒子合成法

ナノ構造の金粒子は、高性能超音波を使用して、様々な経路を介して合成することができます。超音波は、単純な、効率的かつ信頼性の高い技術、さらに超音波処理は、有毒または過酷な化学薬品を使用せずに金イオンの化学的還元のための条件を作成し、異なる形態の貴金属ナノ粒子の形成を可能にします。ルートとソノ化学処理(ソノシンセシスとも呼ばれる)の選択は、均一なサイズと形態で金ナノスヘア、ナノロッド、ナノベルトなどの金ナノ構造を生成することができます。
以下は、金ナノ粒子の調製のための選択されたソノケミカルパスを見つけることができます。

超音波改善トゥルケビッチ法

超音波処理は、クエン酸クエン酸還元反応だけでなく、変更されたトゥルケビッチの手順を強化するために使用されます。
トゥルケビッチ法は、直径約10〜20nmの球状の金ナノ粒子を緩やかに単分散して生成する。より大きな粒子は、単分散性と形状を犠牲にして生成することができます。この方法では、ホットクロロアウリン酸をクエン酸ナトリウム溶液で処理し、コロイド状金を製造する。トゥルケビッチ反応は、一過性の金ナノワイヤの形成を介して進行する。これらの金ナノワイヤーは、それがルビーレッドになる前に反応溶液の暗い外観を担当しています。
金ナノ粒子を超音波合成したフエンテス・ガルシアら(2020)は、超音波をエネルギー源として使用して高い吸収相互作用を有する金ナノ粒子を製造することが可能であると報告し、実験室の要件を低減し、単純なパラメータを変更する特性を制御する。
Lee et al. (2012) 超音波エネルギーが、20〜50nmのチューナブルサイズの球状金ナノ粒子(AuNPs)を製造するための重要なパラメータであることを実証した。クエン酸ナトリウム還元によるソノシンセシスは、大気条件下で水溶液中に単分散球状金ナノ粒子を生成する。

超音波を用いたトゥルケビッチ・フレンス法

上述した反応経路の改変は、金ナノ粒子の合成のための単純な多段階法であるトゥルケビッチ・フレンス法である。超音波は、トゥルケビッチルートと同じ方法でトゥルケビッチ・フレンス反応経路を促進します。トルケビッチ・フレンスの多段階プロセスの最初のステップは、反応が連続して並行して起こるが、ダイカルボキシーアセトンをもたらすクエン酸の酸化である。そして、オーリン塩は、オーラス塩とAuに還元されます⁰、そして、オース塩はAu上で組み立てられます⁰ ATOを形成する原子(下記のスキームを参照)。

トルケビッチ法を介した金ナノ粒子合成。
スキームと研究:©趙ら、2013

これは、クエン酸自体ではなくクエン酸の酸化に起因するジカルボキシアセトンが、トゥルケビッチ・フレンス反応における実際のAuNP安定剤として作用していることを意味する。クエン酸塩は、さらに、金ナノ粒子(AuNPs)のサイズとサイズ分布に影響を与えるシステムのpHを変更します。トゥルケビッチ・フレンス反応のこれらの条件は、20〜40nmの間の粒子サイズを有するほぼ単分散金ナノ粒子を生成する。正確な粒子サイズは、溶液のpHの変動時だけでなく、超音波パラメータによって変更することができます。クエン酸安定化されたAuNPは、クエン酸三ナトリウム二水和物の還元能力が限られているため、常に10nmより大きい。ただし、D₂Hの代わりに溶媒としてO₂オーンの合成中のOは5 nmの粒度のAuNPsを合成することを可能にする。Dの添加として₂クエン酸の還元強度を高めるので、Dの組み合わせ₂O と C₆H₉ナ₃ザ・₉.(cf. 趙ら, 2013)

ソノケミカル・トゥルケヴィチ・フレンスルートの議定書

トルケビッチ・フレンス法を介したボトムアップ手順で金ナノ粒子を合成するために、50mLのクロロアウリン酸(HAuCl)₄)、0.025 mMを100 mLガラスビーカーに注ぎ、1mLのクエン酸三ナトリウム(Na)水溶液を1.5%(w/v)の水溶液に注ぎます。₃Ct)は室温で超音波処理の下で加える。超音波処理は60W、150W、および210Wで行われました。ザ ナ₃Ct/HAuCl₄ サンプルで使用される比率は3:1(w/v)です。超音波処理後、コロイド溶液は、150および210 Wサンプルのための60 Wとルビーレッドのための異なる色、紫を示した。小さいサイズおよび金ナノ粒子のより球状のクラスターは、構造特性に従って、超音波処理力を増加させることによって生成された。フエンテス・ガルシアら(2021)は、粒子サイズ、多面体構造および超音波処理の増加の強い影響を、超音波処理が超音波処理で強く示しており、その形成に対する超音波処理、多面体構造および光学特性および反応運動論を示している。いずれも、16nmおよび12nmの大きさの金ナノ粒子は、カスタマイズされたソノケミカル手順で製造することができる。(フエンテス=ガルシアら、2021年)

(a,b)TEM画像と(c)合成金ナノ粒子(AuNPs)のサイズ分布
画像と研究:©・ディヤブら、2020年。

金ナノ粒子のソノリシス

金粒子の実験的発生のための別の方法は、超音波が10nm以下の直径を有する金粒子の合成のために適用されるソノリシスによるものである。試薬に応じて、ソノリノリティクス反応は、様々な方法で実行することができます。例えば、HAuClの水溶液の超音波処理₄ グルコースを使用すると、ヒドロキシルラジカルおよび糖熱分解ラジカルが還元剤として作用する。これらのラジカルは、激しい超音波によって作成された崩壊空洞とバルク水との間の界面領域に形成される。金ナノ構造の形態は、幅30~50nm、数マイクロメートルの長さのナノリボンです。これらのリボンは非常に柔軟性があり、90°以上の角度で曲がることができます。グルコースオリゴマーであるシクロデキストリンにグルコースを置換すると、球状の金粒子のみが得られ、グルコースがリボンに向かって形態を導くのに不可欠であることを示唆している。

ソノケミカルナノゴールド合成のための模範的なプロトコル

クエン酸コーティングされたAuNPsを合成するために使用される前駆体材料には、HAuClが含まれる₄、クエン酸ナトリウム、蒸留水。サンプルを調製するために、最初のステップはHAuClの溶解を含む₄ 0.03 Mの濃度の蒸留水で。続いて、HAuClのソリューション₄ (2mL)を20mLのクエン酸ナトリウム水溶液に滴下した。混合フェーズ中、超音波ホーンを備えた高密度超音波プローブ(20kHz)を17.9 W·cmのサウンディングパワーで5分間溶液に挿入した²
(2020年ダビー)

超音波処理を用いたゴールドナノベルト合成

単一のクリスタリンナノベルト(左のTEM画像を参照)は、HAuClの水溶液の超音波処理を介して合成することができます₄ α-D-グルコースの存在下で、元素として.ソニオ化学的に合成された金ナノベルトは、平均幅30〜50nmおよび数マイクロメートルの長さを示す。金ナノベルトの製造のための超音波反応は、単純で、迅速であり、有毒物質の使用を回避します。(cf. Zhangら, 2006)

金色の化合物合成に影響を与える界面活性剤

化学反応に強い超音波の適用は開始し、変換と収量を促進します。均一な粒子サイズと特定の標的形状/形態を得るためには、界面活性剤の選択が重要な要因である。アルコールの添加はまた、粒子の形状およびサイズを制御するのに役立ちます。例えば、a-d-グルコースの存在下で、水性HAuClのソノリシスプロセスにおける主要な反応₄ 次の式に示すように(1-4)。
(1) H₂ O —> H∙ + OH∙
(2)砂糖 ->熱分解ラジカル
(3) AIII + ラジカルを減らす - au>⁰
(4) nAu⁰ > AuNP(ナノベルト)
(cf. 趙ら, 2014)

プローブ型超音波装置のパワー

超音波プローブまたはソノトロード(超音波ホーンとも呼ばれる)は、化学溶液に非常に焦点を当てた形で高強度超音波と音響キャビテーションを提供します。この精密に制御可能で効率的なパワー超音波伝送により、化学反応経路を開始、強化、切り替えることができる、信頼性の高い、正確に制御可能で再現可能な条件を可能にします。対照的に、超音波浴(超音波クリーナーまたはタンクとしても知られている)は、非常に低い電力密度とランダムに発生キャビテーションスポットを大きな液体体積に超音波を提供します。これは、超音波浴は、任意の超音波化学反応のために信頼性が低くなります。
「超音波洗浄浴場は、超音波ホーンによって生成されたものの小さな割合に対応する電力密度を有する。完全に均一な粒子サイズと形態が常に到達しないことを考慮して、ソノケミストリーでの洗浄浴の使用は限られています。これは、核形成と成長過程に対する超音波の物理的な影響によるものです。(ゴンサレス=メンドーサら 2015)

金ナノ粒子合成用高性能超音波処理器

ヒールシャー超音波は、金や他の貴金属ナノ構造体などのナノ粒子のソノ化学合成(ソノ合成)のための強力で信頼性の高い超音波プロセッサを供給します。超音波攪拌および分散は、不均一なシステムでの物質移動を増加させ、ナノ粒子を沈殿させるために、原子クラスターの湿潤とその後の核形成を促進する。ナノ粒子の超音波合成は、簡単で費用対効果が高く、生体適合性、再現性、迅速、安全な方法です。
ヒールシャー超音波は、ナノスヘア、ナノロッド、ナノベルト、ナノリボン、ナノクラスター、コアシェル粒子などのナノサイズの構造の形成のための強力かつ正確に制御可能な超音波プロセッサを供給します。
当社のお客様は、インテリジェントなソフトウェア、色付きのタッチディスプレイ、内蔵のSDカード上の自動データプロトコルを備えたヒールシャーデジタルデバイスのスマート機能を大切にし、ユーザーフレンドリーで安全な操作のための直感的なメニューを備えています。
16,000ワット強力な産業用超音波システムまでのラボのための50ワットの手持ち型超音波装置から完全な電力範囲をカバーし、ヒールシャーはあなたのアプリケーションのための理想的な超音波セットアップを持っています。フロースルー反応器でのバッチおよび連続インライン生産のためのソノケミカル装置は、ベンチトップおよび工業規模で容易に入手できます。ヒールシャーの超音波装置の堅牢性は、頑丈で厳しい環境で24時間365日の操作を可能にします。

下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます：