การสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองคําที่มีประสิทธิภาพและควบคุมได้

อนุภาคนาโนทองคําที่มีรูปร่างและสัณฐานวิทยาสม่ําเสมอสามารถสังเคราะห์ได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านเส้นทางโซโนเคมี ปฏิกิริยาเคมีที่ส่งเสริมด้วยอัลตราโซนิกของการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองคําสามารถควบคุมขนาดอนุภาครูปร่างได้อย่างแม่นยํา (เช่นนาโนสเฟียร์นาโนแท่งนาโนเบลล์ ฯลฯ ) และสัณฐานวิทยา ขั้นตอนทางเคมีที่มีประสิทธิภาพง่ายรวดเร็วและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมช่วยให้สามารถผลิตโครงสร้างนาโนทองคําได้อย่างน่าเชื่อถือในระดับอุตสาหกรรม

อนุภาคนาโนทองคําและโครงสร้างนาโน

อนุภาคนาโนทองคําและโครงสร้างขนาดนาโนถูกนํามาใช้กันอย่างแพร่หลายใน R&D และกระบวนการทางอุตสาหกรรมเนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของทองคําขนาดนาโนรวมถึงลักษณะทางอิเล็กทรอนิกส์แม่เหล็กและแสงผลกระทบขนาดควอนตัมเรโซแนนซ์พลาสมอนพื้นผิวกิจกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาสูงการประกอบตัวเองท่ามกลางคุณสมบัติอื่น ๆ สาขาการประยุกต์ใช้อนุภาคนาโนทองคํา (Au-NPs) มีตั้งแต่การใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาไปจนถึงการผลิตอุปกรณ์นาโนอิเล็กทรอนิกส์ตลอดจนการใช้ในการถ่ายภาพนาโนโฟโตนิกส์นาโนแม่เหล็กไบโอเซนเซอร์เซ็นเซอร์เคมีสําหรับการใช้งานทางแสงและธีราโนสติกการส่งยาตลอดจนการใช้ประโยชน์อื่น ๆ

วิธีการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองคํา

อนุภาคทองคําที่มีโครงสร้างนาโนสามารถสังเคราะห์ผ่านเส้นทางต่างๆโดยใช้อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูง Ultrasonication ไม่เพียง แต่เป็นเทคนิคที่เรียบง่ายมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ แต่การ sonication ยังสร้างเงื่อนไขสําหรับการลดสารเคมีของไอออนทองคําโดยไม่มีสารเคมีที่เป็นพิษหรือรุนแรงและช่วยให้สามารถก่อตัวของอนุภาคนาโนโลหะมีค่าของสัณฐานวิทยาที่แตกต่างกัน การเลือกเส้นทางและการบําบัดด้วยโซโนเคมี (หรือที่เรียกว่าการสังเคราะห์โซโน) ช่วยให้สามารถผลิตโครงสร้างนาโนทองคํา เช่น นาโนเชอร์ทองคํา นาโนบาร์ด แถบนาโน ฯลฯ ที่มีขนาดและสัณฐานวิทยาสม่ําเสมอ
ด้านล่างนี้คุณจะพบเส้นทางโซโนเคมีที่เลือกสําหรับการเตรียมอนุภาคนาโนทองคํา

วิธี Turkevich ที่ได้รับการปรับปรุงด้วยอัลตราโซนิก

Sonication ใช้เพื่อเพิ่มปฏิกิริยาลดซิเตรตของ Turkevich เช่นเดียวกับขั้นตอน Turkevich ที่แก้ไข
วิธี Turkevich ผลิตอนุภาคนาโนทองคําทรงกลมแบบกระจายตัวเดี่ยวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-20 นาโนเมตร สามารถผลิตอนุภาคขนาดใหญ่ขึ้นได้ แต่ต้องแลกกับการกระจายตัวและรูปร่างแบบเดี่ยว ในวิธีนี้กรดคลอโรอริกร้อนจะถูกบําบัดด้วยสารละลายโซเดียมซิเตรตผลิตทองคําคอลลอยด์ ปฏิกิริยา Turkevich ดําเนินการผ่านการก่อตัวของสายนาโนทองคําชั่วคราว สายนาโนสีทองเหล่านี้มีหน้าที่ทําให้สารละลายปฏิกิริยามีลักษณะมืดก่อนที่จะเปลี่ยนเป็นสีแดงทับทิม
Fuentes-García et al. (2020) ผู้สังเคราะห์อนุภาคนาโนทองคําด้วยโซโนเคมีรายงานว่าเป็นไปได้ที่จะผลิตอนุภาคนาโนทองคําที่มีปฏิสัมพันธ์การดูดกลืนสูงโดยใช้อัลตราโซนิกเป็นแหล่งพลังงานเพียงอย่างเดียวลดข้อกําหนดในห้องปฏิบัติการและควบคุมคุณสมบัติในการปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์ง่ายๆ
Lee et al. (2012) แสดงให้เห็นว่าพลังงานอัลตราโซนิกเป็นพารามิเตอร์สําคัญในการผลิตอนุภาคนาโนทองคําทรงกลม (AuNPs) ที่มีขนาดปรับได้ 20 ถึง 50 นาโนเมตร การสังเคราะห์โซโนผ่านการลดโซเดียมซิเตรตทําให้เกิดอนุภาคนาโนทองคําทรงกลมแบบกระจายตัวเดียวในสารละลายที่เป็นน้ําภายใต้สภาวะบรรยากาศ

วิธี Turkevich-Frens โดยใช้อัลตราซาวนด์

การปรับเปลี่ยนเส้นทางปฏิกิริยาที่อธิบายไว้ข้างต้นคือวิธี Turkevich-Frens ซึ่งเป็นกระบวนการหลายขั้นตอนง่ายๆ สําหรับการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองคํา Ultrasonication ส่งเสริมเส้นทางปฏิกิริยา Turkevich-Frens ในลักษณะเดียวกับเส้นทาง Turkevich ขั้นตอนเริ่มต้นของกระบวนการหลายขั้นตอนของ Turkevich-Frens ซึ่งปฏิกิริยาเกิดขึ้นเป็นอนุกรมและขนานกันคือการเกิดออกซิเดชันของซิเตรตที่ให้อะซิโตนไดคาร์บอกซี จากนั้นเกลือออริกจะถูกลดทอนเป็นเกลือออรัสและออ⁰และเกลือ aurous ถูกประกอบขึ้นบน Au⁰ อะตอมเพื่อสร้าง AuNP (ดูโครงร่างด้านล่าง)
 

การสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองคําด้วยวิธี Turkevich
แผนงานและการศึกษา: ©Zhao et al., 2013

ซึ่งหมายความว่าอะซิโตนไดคาร์บอกซีที่เกิดจากการเกิดออกซิเดชันของซิเตรตแทนที่จะเป็นซิเตรตเองกําลังทําหน้าที่เป็นสารทําให้คงตัว AuNP ที่แท้จริงในปฏิกิริยา Turkevich-Frens เกลือซิเตรตยังปรับเปลี่ยนค่า pH ของระบบ ซึ่งส่งผลต่อขนาดและการกระจายขนาดของอนุภาคนาโนทองคํา (AuNPs) สภาวะเหล่านี้ของปฏิกิริยา Turkevich-Frens ทําให้เกิดอนุภาคนาโนทองคําเกือบกระจายตัวเดี่ยวที่มีขนาดอนุภาคระหว่าง 20 ถึง 40 นาโนเมตร ขนาดอนุภาคที่แน่นอนสามารถปรับเปลี่ยนได้ตามการเปลี่ยนแปลงของค่า pH ของสารละลายเช่นเดียวกับพารามิเตอร์อัลตราโซนิก AuNPs ที่มีความเสถียรของซิเตรตมีขนาดใหญ่กว่า 10 นาโนเมตรเสมอ เนื่องจากความสามารถในการลดไตรโซเดียมซิเตรตไดไฮเดรตที่จํากัด อย่างไรก็ตาม การใช้ D₂O เป็นตัวทําละลายแทน H2O ในระหว่างการสังเคราะห์ AuNPs ช่วยให้สามารถสังเคราะห์ AuNPs ที่มีขนาดอนุภาค 5 นาโนเมตร เมื่อการเติม D2O เพิ่มความแข็งแรงในการลดซิเตรตการรวมกันของ D2O และ C₆H₉นา₃O₉. (อ้างอิง Zhao et al., 2013)

โปรโตคอลสําหรับเส้นทาง Sonochemical Turkevich-Frens

ในการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองคําในขั้นตอนจากล่างขึ้นบนด้วยวิธี Turkevich-Frens กรดคลอโรออริก (HAuCl₄) 0.025 mM เทลงในบีกเกอร์แก้ว 100 มล. ซึ่งสารละลายไตรโซเดียมซิเตรต (Na₃Ct) ถูกเพิ่มภายใต้อัลตราโซนิกที่อุณหภูมิห้อง อัลตราโซนิกดําเนินการที่ 60W, 150W และ 210W เดอะ นา₃ซีที/ไฮโอเคล₄ อัตราส่วนที่ใช้ในตัวอย่างคือ 3:1 (w/v) หลังจากอัลตราโซนิกสารละลายคอลลอยด์แสดงสีที่แตกต่างกันสีม่วงสําหรับ 60 W และสีแดงทับทิมสําหรับตัวอย่าง 150 และ 210 W อนุภาคนาโนทองคําขนาดที่เล็กกว่าและกระจุกทรงกลมมากขึ้นถูกผลิตขึ้นโดยการเพิ่มพลังโซนิกตามลักษณะโครงสร้าง Fuentes-García et al. (2021) แสดงให้เห็นในการสืบสวนของพวกเขาถึงอิทธิพลที่แข็งแกร่งของการเพิ่ม sonication ต่อขนาดอนุภาคโครงสร้างหลายเหลี่ยมและคุณสมบัติทางแสงของอนุภาคนาโนทองคําที่สังเคราะห์ด้วยโซโนเคมีและจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาสําหรับการก่อตัว อนุภาคนาโนทองคําที่มีขนาด 16nm และ 12nm สามารถผลิตได้ด้วยขั้นตอน sonochemical ที่ปรับให้เหมาะกับแต่ละขั้นตอน (Fuentes-García และคณะ, 2021)
 

(ก,ข) ภาพ TEM (มาตราส่วน 50 นาโนเมตร) และ (c) การกระจายขนาดของ AuNP ที่สังเคราะห์ที่ a
กําลังโซนิเคชั่น 17.9 Wcm2
ภาพและการศึกษา: © Dheyab et al., 2020.

Sonolysis ของอนุภาคนาโนทองคํา

อีกวิธีหนึ่งสําหรับการทดลองสร้างอนุภาคทองคําคือการสังเคราะห์ sonolysis ซึ่งอัลตราซาวนด์ถูกนําไปใช้สําหรับการสังเคราะห์อนุภาคทองคําที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่ํากว่า 10 นาโนเมตร ปฏิกิริยาโซโลซิติกสามารถทํางานได้หลายลักษณะทั้งนี้ขึ้นอยู่กับรีเอเจนต์ ตัวอย่างเช่นการ sonication ของสารละลายในน้ําของ HAuCl₄ ด้วยกลูโคส อนุมูลไฮดรอกซิลและอนุมูลไพโรไลซิสน้ําตาลทําหน้าที่เป็นสารรีดิวซ์ อนุมูลเหล่านี้ก่อตัวขึ้นที่บริเวณส่วนหน้าระหว่างโพรงที่ยุบตัวซึ่งเกิดจากอัลตราซาวนด์ที่รุนแรงและน้ําจํานวนมาก สัณฐานวิทยาของโครงสร้างนาโนทองคําคือริบบิ้นนาโนที่มีความกว้าง 30–50 นาโนเมตรและความยาวหลายไมโครเมตร ริบบิ้นเหล่านี้มีความยืดหยุ่นสูงและสามารถโค้งงอได้ด้วยมุมที่ใหญ่กว่า 90° เมื่อกลูโคสถูกแทนที่ด้วยไซโคลเดกซ์ทรินซึ่งเป็นกลูโคสโอลิโกเมอร์จะได้อนุภาคทองคําทรงกลมเท่านั้นซึ่งบ่งชี้ว่ากลูโคสมีความสําคัญในการกําหนดสัณฐานวิทยาไปยังริบบิ้น

โปรโตคอลที่เป็นแบบอย่างสําหรับการสังเคราะห์นาโนทองคํา Sonochemical

วัสดุสารตั้งต้นที่ใช้ในการสังเคราะห์ AuNP ที่เคลือบด้วยซิเตรต ได้แก่ HAuCl4 โซเดียมซิเตรต และน้ํากลั่น ในการเตรียมตัวอย่างขั้นตอนแรกเกี่ยวข้องกับการละลาย HAuCl4 ในน้ํากลั่นที่มีความเข้มข้น 0.03 ม. ต่อจากนั้นสารละลาย HAuCl4 (2 มล.) ถูกเติมลงในสารละลายโซเดียมซิเตรต 0.03 M ในน้ํา 20 มล. ในระหว่างขั้นตอนการผสม โพรบอัลตราโซนิกความหนาแน่นสูง (20 kHz) พร้อมแตรอัลตราโซนิกถูกแทรกลงในสารละลายเป็นเวลา 5 นาทีที่กําลังเสียง 17.9 W·cm²
(เทียบ Dhabey ที่ al. 2020)

การสังเคราะห์ Nanobelt ทองคําโดยใช้ Sonication

แถบนาโน cristalline เดี่ยว (ดูภาพ TEM ด้านซ้าย) สามารถสังเคราะห์ได้ผ่านการ sonication ของสารละลาย HAuCl4 ในน้ําที่มี α-D-Glucose เป็น reagens สายพานนาโนทองคําที่สังเคราะห์ด้วยโซโนเคมีแสดงความกว้างเฉลี่ย 30 ถึง 50 นาโนเมตรและความยาวหลายไมโครเมตร ปฏิกิริยาอัลตราโซนิกสําหรับการผลิตแถบนาโนทองคํานั้นง่ายรวดเร็วและหลีกเลี่ยงการใช้สารพิษ (อ้างอิง Zhang et al, 2006)

สารลดแรงตึงผิวมีอิทธิพลต่อการสังเคราะห์ Sonochemical ของ NPs ทองคํา

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ที่เข้มข้นกับปฏิกิริยาเคมีจะเริ่มต้นและส่งเสริมการแปลงและผลผลิต เพื่อให้ได้ขนาดอนุภาคที่สม่ําเสมอและรูปร่าง / สัณฐานวิทยาเป้าหมายบางอย่างการเลือกสารลดแรงตึงผิวเป็นปัจจัยสําคัญ การเติมแอลกอฮอล์ยังช่วยควบคุมรูปร่างและขนาดของอนุภาค ตัวอย่างเช่นเมื่อมี ad-glucose ปฏิกิริยาหลักในกระบวนการ sonolysis ของ HAuCl ในน้ํา₄ ดังที่แสดงในสมการต่อไปนี้ (1-4):
(1) เอช₂ O —> H∙ + OH∙
(2) sugar —> pyrolysis radicals
(3) กสาม + reducing radicals —> Au⁰
(4) เอ็นโอ⁰ —> AuNP (nanobelts)
(อ้างอิง Zhao et al., 2014)

พลังของเครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ

โพรบอัลตราโซนิกหรือ sonotrodes (เรียกอีกอย่างว่าฮอร์นอัลตราโซนิก) ให้อัลตราซาวนด์ความเข้มสูงและโพรงอากาศอะคูสติกในรูปแบบที่เน้นมากในสารละลายเคมี การส่งอัลตราซาวนด์กําลังที่ควบคุมได้อย่างแม่นยําและมีประสิทธิภาพนี้ช่วยให้มีสภาวะที่เชื่อถือได้ควบคุมได้อย่างแม่นยําและทําซ้ําได้ซึ่งสามารถเริ่มต้นเพิ่มและเปลี่ยนเส้นทางปฏิกิริยาเคมีได้ ในทางตรงกันข้ามอ่างอัลตราโซนิก (หรือที่เรียกว่าเครื่องทําความสะอาดอัลตราโซนิกหรือถัง) ให้อัลตราซาวนด์ที่มีความหนาแน่นของพลังงานต่ํามากและจุดโพรงอากาศที่เกิดขึ้นแบบสุ่มเป็นของเหลวขนาดใหญ่ ทําให้อ่างอัลตราโซนิกไม่น่าเชื่อถือสําหรับปฏิกิริยาโซโนเคมีใด ๆ
"อ่างทําความสะอาดอัลตราโซนิกมีความหนาแน่นของพลังงานที่สอดคล้องกับเปอร์เซ็นต์เล็กน้อยของที่สร้างขึ้นโดยแตรอัลตราโซนิก การใช้อ่างทําความสะอาดในโซโนเคมีมี จํากัด เนื่องจากขนาดอนุภาคและสัณฐานวิทยาที่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างเต็มที่ไม่สามารถเข้าถึงได้เสมอไป นี่เป็นเพราะผลกระทบทางกายภาพของอัลตราซาวนด์ที่มีต่อนิวเคลียสและกระบวนการเติบโต" (González-Mendoza et al. 2015)

เครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองคํา

Hielscher Ultrasonics จัดหาโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้สําหรับการสังเคราะห์โซโนเคมี (การสังเคราะห์โซโน) ของอนุภาคนาโนเช่นทองคําและโครงสร้างนาโนโลหะมีตระหนักอื่น ๆ การกวนและการกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มการถ่ายเทมวลในระบบที่แตกต่างกันและส่งเสริมการเปียกและการเกิดนิวเคลียสของกลุ่มอะตอมในภายหลังเพื่อตกตะกอนอนุภาคนาโน การสังเคราะห์อนุภาคนาโนด้วยอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่ง่ายประหยัดประหยัดเข้ากันได้ทางชีวภาพทําซ้ําได้อย่างรวดเร็วและปลอดภัย
Hielscher Ultrasonics จัดหาโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกที่ทรงพลังและควบคุมได้อย่างแม่นยําสําหรับการก่อตัวของโครงสร้างขนาดนาโนเช่นนาโนเชอร์, นาโนแท่ง, แถบนาโน, ริบบิ้นนาโน, นาโนคลัสเตอร์, อนุภาคเปลือกหลัก ฯลฯ
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสังเคราะห์อัลตราโซนิกของอนุภาคนาโนแม่เหล็ก!
ลูกค้าของเราให้ความสําคัญกับคุณสมบัติอันชาญฉลาดของอุปกรณ์ดิจิทัลของ Hielscher ซึ่งติดตั้งซอฟต์แวร์อัจฉริยะ หน้าจอสัมผัสสี โปรโตคอลข้อมูลอัตโนมัติบนการ์ด SD ในตัว และมีเมนูที่ใช้งานง่ายเพื่อการใช้งานที่ใช้งานง่ายและปลอดภัย
ครอบคลุมช่วงพลังงานที่สมบูรณ์ตั้งแต่เครื่องอัลตราโซนิกมือถือ 50 วัตต์สําหรับห้องปฏิบัติการจนถึงระบบอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมที่มีประสิทธิภาพ 16,000 วัตต์ Hielscher มีการตั้งค่าอัลตราโซนิกที่เหมาะสําหรับการใช้งานของคุณ อุปกรณ์ Sonochemical สําหรับการผลิตแบบอินไลน์แบบแบทช์และต่อเนื่องในเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่านนั้นพร้อมใช้งานในทุกขนาดแบบตั้งโต๊ะและขนาดอุตสาหกรรม ความทนทานของเครื่องสะท้อนเสียงของ Hielscher ช่วยให้สามารถทํางานได้ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันในงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูง

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: