Sintezë efikase dhe e kontrolluar e nanogrimcave të arit

Nanogrimcat e arit me formë dhe morfologji uniforme mund të sintetizohen në mënyrë efikase nëpërmjet rrugës sonokimike. Reaksioni kimik i promovuar në mënyrë ultrasonike i sintezës së nanogrimcave të arit mund të kontrollohet saktësisht për madhësinë, formën e grimcave (p.sh., nanosferat, nanrotodat, nanorripat etj.) dhe morfologjinë. Procedura kimike efikase, e thjeshtë, e shpejtë dhe e gjelbër lejon prodhimin e besueshëm të nanostrukturave të arit në shkallë industriale.

Nanogrimcat e arit dhe nanostrukturat

Nanogrimcat e arit dhe strukturat me madhësi nano janë zbatuar gjerësisht në R&D dhe proceset industriale për shkak të vetive unike të arit me madhësi nano, duke përfshirë karakteristikat elektronike, magnetike dhe optike, efektet e madhësisë kuantike, rezonancën e plazmonit sipërfaqësor, aktivitetin e lartë katalitik, vetë-montimin midis vetive të tjera. Fushat e aplikimit për nano-grimcat e arit (Au-NP) variojnë nga përdorimi si katalizator në prodhimin e pajisjeve nanoelektronike, si dhe përdorimi në imazhe, nano-fotonikë, nanomagnetikë, biosensorë, sensorë kimikë, për optikë dhe teranostikë. aplikimet, shpërndarjen e barnave si dhe përdorime të tjera.

Metodat e sintezës së nanogrimcave të arit

Grimcat e arit me nano-strukturë mund të sintetizohen përmes rrugëve të ndryshme duke përdorur ultratinguj me performancë të lartë. Ultratingulli nuk është vetëm një teknikë e thjeshtë, efikase dhe e besueshme, për më tepër sonikimi krijon kushte për reduktimin kimik të joneve të arit pa agjentë kimikë toksikë ose të ashpër dhe mundëson formimin e nanogrimcave metalike fisnike të morfologjive të ndryshme. Zgjedhja e rrugës dhe trajtimit sonokimik ( i njohur edhe si sonosinteza) lejon prodhimin e nanostrukturave të arit si nanosherë ari, nanoshkolla, nanorripa etj. me madhësi dhe morfologji uniforme.
Më poshtë mund të gjeni shtigje të përzgjedhura sonokimike për përgatitjen e nanogrimcave të arit.

Metoda e përmirësuar tejzanor Turkevich

Sonicizimi përdoret për të intensifikuar reaksionin e reduktimit të citratit Turkevich si dhe procedurat e modifikuara të Turkevich.
Metoda Turkevich prodhon nanogrimca ari sferike modeste monodisperse me diametër rreth 10-20 nm. Mund të prodhohen grimca më të mëdha, por me koston e monodispersitetit dhe formës. Në këtë metodë, acidi kloroaurik i nxehtë trajtohet me tretësirë citrat natriumi, duke prodhuar ar koloidal. Reagimi Turkevich vazhdon nëpërmjet formimit të nanotelave kalimtare të arit. Këta nanotela ari janë përgjegjës për pamjen e errët të tretësirës së reaksionit përpara se të kthehet në të kuqe rubin.
Fuentes-García etj. (2020), i cili sintetizoi nanogrimcat ari në mënyrë sonokimike, raporton se është e mundur të prodhohen nanogrimca ari me ndërveprim të lartë përthithjeje duke përdorur ultratingullin si një burim të vetëm energjie, duke reduktuar kërkesat laboratorike dhe duke kontrolluar vetitë duke modifikuar parametra të thjeshtë.
Lee et al. (2012) demonstroi se energjia ultrasonike është një parametër kyç për prodhimin e nanogrimcave sferike të arit (AuNPs) me madhësi të sintonizueshme prej 20 deri në 50 nm. Sonosinteza nëpërmjet reduktimit të citratit të natriumit prodhon nanogrimca ari sferike monodisperse në tretësirë ujore në kushte atmosferike.

Metoda Turkevich-Frens duke përdorur ultratinguj

Një modifikim i rrugës së reagimit të përshkruar më sipër është metoda Turkevich-Frens, e cila është një proces i thjeshtë me shumë hapa për sintezën e nanogrimcave të arit. Ultratingulli promovon rrugën e reagimit Turkevich-Frens në të njëjtën mënyrë si rruga Turkevich. Hapi fillestar i procesit me shumë hapa Turkevich-Frens, ku reaksionet ndodhin në seri dhe paralelisht, është oksidimi i citratit që jep dikarboksi aceton. Më pas, kripa aurike reduktohet në kripë aurous dhe Au⁰, dhe kripa aurous është mbledhur në Au⁰ atomet për të formuar AuNP (shih skemën më poshtë).
 

Sinteza e nanogrimcave të arit me metodën Turkevich.
skema dhe studimi: ©Zhao et al., 2013

 
Sinteza e nanogrimcave të arit me metodën Turkevich.
scheme and study: ©Zhao et al., 2013[/caption]
Kjo do të thotë se acetoni dikarboksi që rezulton nga oksidimi i citratit në vend të vetë citratit, vepron si stabilizuesi aktual i AuNP në reaksionin Turkevich-Frens. Kripa citrate modifikon gjithashtu pH-në e sistemit, gjë që ndikon në shpërndarjen e madhësisë dhe madhësisë së nanogrimcave të arit (AuNPs). Këto kushte të reaksionit Turkevich-Frens prodhojnë nanogrimca ari pothuajse monodisperse me madhësi grimcash midis 20 dhe 40 nm. Madhësia e saktë e grimcave mund të modifikohet me ndryshimin e pH të tretësirës, si dhe nga parametrat tejzanor. AuNP-të e stabilizuara me citrate janë gjithmonë më të mëdha se 10 nm, për shkak të aftësisë së kufizuar reduktuese të dihidratit të citratit të trisodiumit. Megjithatë, duke përdorur D₂O si tretës në vend të H2O gjatë sintezës së AuNP lejon sintetizimin e AuNP me një madhësi grimcash prej 5 nm. Ndërsa shtimi i D2O rrit forcën reduktuese të citratit, kombinimi i D2O dhe C₆H₉Na₃O₉. (krh. Zhao et al., 2013)

Protokolli për Rrugën Sonochemical Turkevich-Frens

Për të sintetizuar nanogrimcat e arit në një procedurë nga poshtë lart me metodën Turkevich-Frens, 50 ml acid kloroaurik (HAuCl₄), 0,025 mM hidhet në një gotë qelqi 100 mL, në të cilën 1 mL tretësirë ujore 1,5% (w/v) e citratit të trisodiumit (Na₃Ct) shtohet nën ultratinguj në temperaturën e dhomës. Ultratingulli u krye në 60W, 150W dhe 210W. Pastaj nje₃Ct/HAuCl₄ raporti i përdorur në mostra është 3:1 (w/v). Pas ultrazërit, tretësirat koloidale treguan ngjyra të ndryshme, vjollcë për 60 W dhe të kuqe rubin për mostrat 150 dhe 210 W. Përmasa më të vogla dhe grupime më sferike të nanogrimcave të arit u prodhuan duke rritur fuqinë e sonikimit, sipas karakterizimit strukturor. Fuentes-García etj. (2021) tregojnë në hetimet e tyre ndikimin e fortë të rritjes së tingullit në madhësinë e grimcave, strukturën poliedrike dhe vetitë optike të nanogrimcave të arit të sintetizuara në mënyrë sonokimike dhe kinetikën e reagimit për formimin e tyre. Të dyja, nanogrimcat ari me madhësi 16nm dhe 12nm mund të prodhohen me një procedurë sonokimike të përshtatur. (Fuentes-García et al., 2021)
 

(a,b) TEM image (scale of 50 nm) and (c) size distribution of AuNPs synthesized at a
sonication power 17.9 Wcm2.
Foto dhe studim: © Dheyab et al., 2020.

Sonoliza e Nanogrimcave të Arit

Një metodë tjetër për gjenerimin eksperimental të grimcave të arit është sonoliza, ku ekografia aplikohet për sintezën e grimcave të arit me diametër nën 10 nm. Në varësi të reagentëve, reaksioni sonolitik mund të kryhet në mënyra të ndryshme. Për shembull, sonikimi i një tretësire ujore të HAuCl₄ me glukozë, radikalet hidroksil dhe radikalet e pirolizës së sheqerit veprojnë si agjentë reduktues. Këto radikale formohen në rajonin ndërfaqësor midis zgavrave në kolaps të krijuara nga ultratingulli intensiv dhe ujit në masë. Morfologjia e nanostrukturave të arit janë nanoribona me gjerësi 30–50 nm dhe gjatësi disa mikrometra. Këto shirita janë shumë fleksibël dhe mund të përkulen me kënde më të mëdha se 90°. Kur glukoza zëvendësohet nga ciklodekstrina, një oligomer i glukozës, fitohen vetëm grimca ari sferike, duke sugjeruar se glukoza është thelbësore në drejtimin e morfologjisë drejt një fjongo.

Protokolli Shembull për Sintezën Sonokimike Nano-Ari

Materialet pararendëse të përdorura për sintetizimin e AuNP-ve të veshura me citrate përfshijnë HAuCl4, citrat natriumi dhe ujë të distiluar. Për të përgatitur kampionin, hapi i parë përfshinte tretjen e HAuCl4 në ujë të distiluar me një përqendrim prej 0,03 M. Më pas, tretësira e HAuCl4 (2 mL) iu shtua pika-pika në 20 mL tretësirë ujore 0,03 M citrat natriumi. Gjatë fazës së përzierjes, një sondë tejzanor me densitet të lartë (20 kHz) me një bri tejzanor u fut në tretësirë për 5 minuta me një fuqi tingulli prej 17,9 W · cm²
(krh. Dhabey at al. 2020)

Sinteza e Nanorripit të Arit duke përdorur Sonication

Nanorrip të vetëm kristalor (shih imazhin TEM majtas) mund të sintetizohen nëpërmjet sonikimit të një tretësire ujore të HAuCl4 në prani të α-D-Glukozës si reagens. Nanorripat e arit të sintetizuar në mënyrë sonokimike tregojnë një gjerësi mesatare prej 30 deri në 50 nm dhe gjatësi disa mikrometra. Reagimi tejzanor për prodhimin e nanorripave të arit është i thjeshtë, i shpejtë dhe shmang përdorimin e substancave toksike. (krh. Zhang et al, 2006)

Surfaktantët që ndikojnë në sintezën sonokimike të NP-ve të arit

Aplikimi i ultrazërit intensiv në reaksionet kimike fillon dhe nxit konvertimin dhe rendimentet. Për të marrë madhësi uniforme të grimcave dhe forma/morfologji të caktuara të synuara, zgjedhja e surfaktantëve është një faktor kritik. Shtimi i alkooleve gjithashtu ndihmon për të kontrolluar formën dhe madhësinë e grimcave. Për shembull, në prani të ad-glukozës, reaksionet kryesore në procesin e sonolizës së HAuCl ujor₄ siç përshkruhet në ekuacionet e mëposhtme (1-4):
(1) H₂ O —> H∙ + OH∙
(2) sugar —> pyrolysis radicals
(3) AIII + reducing radicals —> Au⁰
(4) nAu⁰ —> AuNP (nanobelts)
(krh. Zhao et al., 2014)

Fuqia e ultrazërit të tipit sonda

Sondat tejzanor ose sonotrodes (të quajtura edhe brirë tejzanor) japin ultratinguj me intensitet të lartë dhe kavitacion akustik në formë shumë të fokusuar në zgjidhje kimike. Ky transmetim saktësisht i kontrollueshëm dhe efikas i ultrazërit të fuqisë mundëson kushte të besueshme, të kontrollueshme dhe të riprodhueshme, ku rrugët e reaksioneve kimike mund të fillojnë, intensifikohen dhe ndërrohen. Në të kundërt, një banjë tejzanor (i njohur gjithashtu si pastrues tejzanor ose rezervuar) jep ultratinguj me densitet shumë të ulët të fuqisë dhe pika të kavitacionit që ndodhin rastësisht në një vëllim të madh lëngu. Kjo i bën banjat tejzanor jo të besueshme për çdo reaksion sonokimik.
“Banjat e pastrimit me ultratinguj kanë një densitet fuqie që korrespondon me një përqindje të vogël të asaj të gjeneruar nga një bri tejzanor. Përdorimi i banjove të pastrimit në sonokimi është i kufizuar, duke pasur parasysh se madhësia dhe morfologjia e grimcave plotësisht homogjene nuk arrihet gjithmonë. Kjo është për shkak të efekteve fizike të ultrazërit mbi bërthamimin dhe proceset e rritjes.” (González-Mendoza et al. 2015)

Ultrasonikë me performancë të lartë për sintezën e nanogrimcave të arit

Hielscher Ultrasonics furnizon procesorë ultrasonikë të fuqishëm dhe të besueshëm për sintezën sonokimike (sono-sintezën) të nanogrimcave si ari dhe nanostruktura të tjera metalike fisnike. Agjitacioni dhe shpërndarja tejzanor rrit transferimin e masës në sistemet heterogjene dhe promovon lagështimin dhe bërthamimin pasues të grupimeve të atomeve në mënyrë që të precipitojë nano-grimcat. Sinteza tejzanor e nano-grimcave është një metodë e thjeshtë, me kosto efektive, biokompatibile, e riprodhueshme, e shpejtë dhe e sigurt.
Hielscher Ultrasonics furnizon procesorë ultrasonikë të fuqishëm dhe të kontrollueshëm saktësisht për formimin e strukturave me përmasa nano si nanosherë, nanoroda, nanorripa, nano-shirita, nanoklustera, grimca bërthamore etj.
Klientët tanë vlerësojnë veçoritë inteligjente të pajisjeve dixhitale Hielscher, të cilat janë të pajisura me softuer inteligjent, ekran me prekje me ngjyra, protokollim automatik të të dhënave në një kartë SD të integruar dhe kanë një meny intuitive për funksionim miqësor dhe të sigurt për përdoruesit.
Duke mbuluar gamën e plotë të fuqisë nga ultrasonikët me dorë 50 vat për laborator deri në sistemet e fuqishme industriale ultrasonike 16,000 vat, Hielscher ka konfigurimin ideal të ultrazërit për aplikimin tuaj. Pajisjet sonokimike për prodhimin e serisë dhe të vazhdueshëm në linjë në reaktorët me rrjedhje janë lehtësisht të disponueshme në çdo madhësi të sipërme dhe industriale. Fortësia e pajisjeve ultrasonike të Hielscher lejon funksionimin 24/7 në punë të rënda dhe në mjedise kërkuese.

Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë: