การสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองคําที่มีประสิทธิภาพและควบคุมได้

อนุภาคนาโนสีทองที่มีรูปร่างสม่ําเสมอและสัณฐานวิทยาสามารถสังเคราะห์ได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านเส้นทางโซโนเคมี ปฏิกิริยาทางเคมีที่ได้รับการส่งเสริมล้ําของการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยําสําหรับขนาดอนุภาครูปร่าง (เช่นนาโนสเฟียร์นาโนรอดนาโนเบลต์ ฯลฯ ) และสัณฐานวิทยา ขั้นตอนทางเคมีที่มีประสิทธิภาพเรียบง่ายรวดเร็วและสีเขียวช่วยให้สามารถผลิตโครงสร้างนาโนทองคําในระดับอุตสาหกรรมได้อย่างน่าเชื่อถือ

อนุภาคนาโนทองคําและโครงสร้างนาโน

อนุภาคนาโนสีทองและโครงสร้างขนาดนาโนถูกนํามาใช้กันอย่างแพร่หลายใน R&D และกระบวนการทางอุตสาหกรรมเนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของทองคําขนาดนาโนรวมถึงลักษณะอิเล็กทรอนิกส์แม่เหล็กและแสงผลกระทบขนาดควอนตัมเสียงสะท้อนพลาสมอนพื้นผิวกิจกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาสูงการประกอบตัวเองท่ามกลางคุณสมบัติอื่น ๆ สาขาการประยุกต์ใช้อนุภาคนาโนทอง (Au-NPs) มีตั้งแต่การใช้งานเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาไปจนถึงการผลิตอุปกรณ์นาโนอิเล็กทรอนิกส์รวมถึงการใช้ในการถ่ายภาพนาโนโฟโตนิกนาโนแมกเนติกไบโอเซนเซอร์เคมีสําหรับการใช้งานด้านออปติคอลและทรนอนิกการจัดส่งยารวมถึงการใช้งานอื่น ๆ

วิธีการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทอง

อนุภาคทองคําที่มีโครงสร้างนาโนสามารถสังเคราะห์ผ่านเส้นทางต่าง ๆ โดยใช้ ultrasonication ประสิทธิภาพสูง Ultrasonication ไม่เพียง แต่เป็นเทคนิคที่เรียบง่ายมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้นอกจากนี้ sonication ยังสร้างเงื่อนไขสําหรับการลดสารเคมีของไอออนทองโดยไม่มีสารเคมีที่เป็นพิษหรือรุนแรงและช่วยให้การก่อตัวของอนุภาคนาโนโลหะชั้นสูงของ morphologies ที่แตกต่างกัน ทางเลือกของเส้นทางและการรักษาด้วยโซโนเคมี (หรือที่เรียกว่า sonosynthesis) ช่วยให้สามารถผลิตโครงสร้างนาโนทองคําเช่นนาโนเชอร์ทองคํานาโนรอดนาโนเบลท์ ฯลฯ ที่มีขนาดและสัณฐานวิทยาสม่ําเสมอ
ด้านล่างนี้คุณจะพบเส้นทางโซโนเคมีที่เลือกสําหรับการเตรียมอนุภาคนาโนทองคํา

วิธี Turkevich ที่ได้รับการปรับปรุงอัลตราโซนิก

Sonication ใช้ในการเพิ่มปฏิกิริยาการลดซิเตรต Turkevich เช่นเดียวกับขั้นตอน Turkevich ที่แก้ไข
วิธีการ Turkevich ผลิตอนุภาคนาโนทรงกลมทรงกลมแบบโมโนดิสเปอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-20 นาโนเมตร อนุภาคขนาดใหญ่สามารถผลิตได้ แต่ด้วยต้นทุนของความโนดหลและรูปร่าง ในวิธีนี้กรดคลอโรอุริกร้อนจะได้รับการรักษาด้วยสารละลายโซเดียมซิเตรตผลิตทองคําคอลลอยด์ ปฏิกิริยา Turkevich ดําเนินการผ่านการก่อตัวของนาโนไวร์ทองชั่วคราว นาโนไวร์สีทองเหล่านี้มีหน้าที่รับผิดชอบต่อลักษณะที่มืดของสารละลายปฏิกิริยาก่อนที่จะเปลี่ยนเป็นทับทิมสีแดง
Fuentes-García et al. (2020) ผู้ซึ่งสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองคําโซโนเคมีรายงานว่าเป็นไปได้ที่จะผลิตอนุภาคนาโนทองคําที่มีปฏิสัมพันธ์ในการดูดซึมสูงโดยใช้ ultrasonication เป็นแหล่งพลังงานเดียวลดข้อกําหนดในห้องปฏิบัติการและควบคุมคุณสมบัติที่ปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์ที่เรียบง่าย
Lee et al. (2012) แสดงให้เห็นว่าพลังงานอัลตราโซนิกเป็นพารามิเตอร์สําคัญสําหรับการผลิตอนุภาคนาโนทองทรงกลม (AuNPs) ขนาดที่ปรับแต่งได้ 20 ถึง 50 นาโนเมตร การสังเคราะห์โซโนไซน์ผ่านการลดโซเดียมซิเตรตผลิตอนุภาคนาโนทองคําทรงกลมแบบ monodisperse ในสารละลายน้ําภายใต้สภาวะบรรยากาศ

วิธีการ Turkevich-Frens โดยใช้อัลตราซาวนด์

การปรับเปลี่ยนเส้นทางปฏิกิริยาที่อธิบายไว้ข้างต้นคือวิธีการ Turkevich-Frens ซึ่งเป็นกระบวนการหลายขั้นตอนง่ายๆสําหรับการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองคํา Ultrasonication ส่งเสริมเส้นทางปฏิกิริยา Turkevich-Frens ในลักษณะเดียวกับเส้นทาง Turkevich ขั้นตอนเริ่มต้นของกระบวนการหลายขั้นตอน Turkevich-Frens ซึ่งปฏิกิริยาเกิดขึ้นในชุดและขนานคือการเกิดออกซิเดชันของซิเตรตที่ให้อะซิโตนไดคาร์บ็อกซี่ จากนั้นเกลือออเรียนจะลดลงเป็นเกลือออเรียนและออ⁰และเกลือออรัลจะประกอบกันบนออ⁰ อะตอมเพื่อสร้าง AuNP (ดูโครงร่างด้านล่าง)

การสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองด้วยวิธี Turkevich
โครงการและการศึกษา: ©จ้าว et al., 2013

ซึ่งหมายความว่าอะซิโตน dicarboxy ที่เกิดจากการเกิดออกซิเดชันของซิเตรตแทนที่จะอ้างถึงตัวเองทําหน้าที่เป็นโคลง AuNP ที่แท้จริงในปฏิกิริยา Turkevich-Frens เกลือซิเตรตยังปรับเปลี่ยนค่า pH ของระบบซึ่งมีผลต่อการกระจายขนาดและขนาดของอนุภาคนาโนทอง (AuNPs) เงื่อนไขเหล่านี้ของปฏิกิริยา Turkevich-Frens ผลิตอนุภาคนาโนทองเกือบ monodisperse ที่มีขนาดอนุภาคระหว่าง 20 ถึง 40nm ขนาดอนุภาคที่แน่นอนสามารถแก้ไขได้เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของค่า pH ของสารละลายเช่นเดียวกับพารามิเตอร์อัลตราโซนิก AuNPs ที่มีเสถียรภาพของซิเตรตมีขนาดใหญ่กว่า 10 นาโนเมตรเสมอเนื่องจากความสามารถในการลดจํานวน จํากัด ของไทรโซเดียมซิเตรตไดไฮเดรต อย่างไรก็ตาม การใช้ D₂O เป็นตัวทําละลายแทน H₂O ในระหว่างการสังเคราะห์ AuNPs ช่วยให้สามารถสังเคราะห์ AuNPs ด้วยขนาดอนุภาค 5 นาโนเมตร เป็นบวกของ D₂O เพิ่มความแข็งแรงในการลดของซิเตรตการรวมกันของ D₂O และ C₆H₉นา₃O₉. (cf. Zhao et al., 2013)

โปรโตคอลสําหรับเส้นทางโซโนเคมิคัลเทอร์เควิช- เฟรนส์

ในการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทองคําในขั้นตอนล่างขึ้นบนผ่านวิธีการ Turkevich-Frens กรดคลอโร 50 มล. (HAuCl₄), 0.025 mM ถูกเทลงในบีกเกอร์แก้ว 100 มล. ซึ่ง 1 มล. 1.5% (w / v) สารละลายน้ําของไตรโซเดียมซิเตรต (Na₃Ct) จะถูกเพิ่มภายใต้ ultrasonication ที่อุณหภูมิห้อง อัลตราโซนิกดําเนินการที่ 60W, 150W และ 210W เดอะ นา₃Ct/HAuCl₄ อัตราส่วนที่ใช้ในตัวอย่างคือ 3:1 (w / v) หลังจาก ultrasonication, การแก้ปัญหาคอลลอยด์แสดงสีที่แตกต่างกัน, สีม่วงสําหรับ 60 W และทับทิมสีแดงสําหรับ 150 และ 210 W ตัวอย่าง. ขนาดเล็กและกลุ่มอนุภาคนาโนทองทรงกลมมากขึ้นผลิตโดยการเพิ่มพลัง sonication ตามลักษณะโครงสร้าง Fuentes-García et al. (2021) แสดงในการตรวจสอบของพวกเขามีอิทธิพลอย่างมากในการเพิ่ม sonication ในขนาดอนุภาคโครงสร้าง polyhedral และคุณสมบัติทางแสงของอนุภาคนาโนทองคําสังเคราะห์ sonochemically และจลนศาสตร์ปฏิกิริยาสําหรับการก่อตัวของพวกเขา ทั้งสองอนุภาคนาโนสีทองที่มีขนาด 16 นาโนเมตรและ 12 นาโนเมตรสามารถผลิตได้ด้วยขั้นตอน sonochemical ที่ปรับแต่ง (Fuentes-García et al., 2021)

(ก,ข) ภาพ TEM และ (c) การกระจายขนาดของอนุภาคนาโนทองคําที่สังเคราะห์ด้วยโซโนเคมี (AuNPs)
รูปภาพและการศึกษา: ©เทยาบ et al., 2020

โซโนลิซิสของอนุภาคนาโนทอง

อีกวิธีหนึ่งสําหรับการสร้างอนุภาคทองคําทดลองคือ sonolysis ซึ่งอัลตราซาวนด์ถูกนําไปใช้สําหรับการสังเคราะห์อนุภาคทองคําที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่ํากว่า 10 นาโนเมตร ขึ้นอยู่กับรีแอกต์ปฏิกิริยา sonolytic สามารถทํางานในลักษณะต่างๆ ตัวอย่างเช่น sonication ของการแก้ปัญหาน้ําของ HAuCl₄ ด้วยกลูโคสอนุมูลไฮดรอกซิลและอนุมูลไพโรไลซิน้ําตาลทําหน้าที่เป็นสารลด อนุมูลเหล่านี้ก่อตัวขึ้นที่บริเวณระหว่างระหว่างโพรงยุบที่สร้างขึ้นโดยอัลตราซาวนด์ที่รุนแรงและน้ําจํานวนมาก สัณฐานวิทยาของโครงสร้างนาโนทองคือ nanoribbons ที่มีความกว้าง 30-50 นาโนเมตรและความยาวของไมโครเมตรหลาย ริบบิ้นเหล่านี้มีความยืดหยุ่นมากและสามารถโค้งงอด้วยมุมที่ใหญ่กว่า 90 ° เมื่อกลูโคสถูกแทนที่ด้วย cyclodextrin ซึ่งเป็นโอลิโกเมอร์กลูโคสจะได้รับอนุภาคทองคําทรงกลมเท่านั้นแสดงให้เห็นว่ากลูโคสเป็นสิ่งจําเป็นในการนําสัณฐานวิทยาไปยังริบบิ้น

โปรโตคอลที่เป็นแบบอย่างสําหรับการสังเคราะห์นาโนโกลด์โซโนเคมี

วัสดุสารตั้งต้นที่ใช้ในการสังเคราะห์ AuNPs เคลือบซิเตรตรวมถึง HAuCl₄โซเดียมซิเตรตและน้ํากลั่น เพื่อเตรียมตัวอย่างขั้นตอนแรกที่เกี่ยวข้องกับการสลายตัวของ HAuCl₄ ในน้ํากลั่นที่มีความเข้มข้น 0.03 เมตร ต่อจากนั้นการแก้ปัญหาของ HAuCl₄ (2 มิลลิลิตร) ถูกเพิ่ม dropwise เป็น 20 มิลลิลิตรของสารละลายโซเดียมซิเตรต 0.03 M ในช่วงขั้นตอนการผสมโพรบอัลตราโซนิกความหนาแน่นสูง (20 kHz) ที่มีแตรอัลตราโซนิกถูกแทรกลงในสารละลายเป็นเวลา 5 นาทีที่พลังเสียง 17.9 W ·cm²
(cf เลย ดาบีย์ ที่ อัล. 2020)

การสังเคราะห์นาโนเบลท์ทองคําโดยใช้โซนิค

นาโนเบลต์คริสตัลไลน์เดี่ยว (ดูภาพ TEM ซ้าย) สามารถสังเคราะห์ผ่าน sonication ของการแก้ปัญหาน้ําของ HAuCl₄ ต่อหน้าα-D-กลูโคสเป็น reagens นาโนเบลท์ทองคําสังเคราะห์โซนิโอเคมแสดงความกว้างเฉลี่ย 30 ถึง 50 นาโนเมตรและความยาวหลายไมโครเมตร ปฏิกิริยาอัลตราโซนิกสําหรับการผลิต nanobelts ทองเป็นเรื่องง่ายรวดเร็วและหลีกเลี่ยงการใช้สารพิษ (cf เลย จาง เอตอัล, 2006)

สารลดแรงตึงผิวที่มีอิทธิพลต่อการสังเคราะห์โซโนเคมีของ NPs ทองคํา

การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ที่รุนแรงในปฏิกิริยาทางเคมีเริ่มต้นและส่งเสริมการแปลงและผลผลิต เพื่อให้ได้ขนาดอนุภาคที่สม่ําเสมอและรูปร่าง / morphologies เป้าหมายบางอย่างการเลือกสารลดแรงตึงผิวเป็นปัจจัยสําคัญ การเพิ่มแอลกอฮอล์ยังช่วยในการควบคุมรูปร่างและขนาดอนุภาค ตัวอย่างเช่นในการปรากฏตัวของ a-d-glucose ปฏิกิริยาที่สําคัญในกระบวนการ sonolysis ของ HAuCl น้ํา₄ ดังที่แสดงในสมการต่อไปนี้ (1-4):
(1) H₂ O —> H∙ + OH∙
(2) น้ําตาล -อนุมูลไพโรไรซิส>
(3) กIII + ลดอนุมูลอิสระ — > Au⁰
(4) nAu⁰ -> AuNP (นาโนเบลท์)
(cf. Zhao et al., 2014)

พลังของเครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบ

โพรบอัลตราโซนิกหรือ sonotrodes (หรือที่เรียกว่าเขาอัลตราโซนิก) ให้อัลตราซาวนด์ความเข้มสูงและโพรงอากาศอะคูสติกในรูปแบบที่มุ่งเน้นมากในการแก้ปัญหาทางเคมี การส่งผ่านอัลตราซาวนด์พลังงานที่ควบคุมได้อย่างแม่นยําและมีประสิทธิภาพนี้ช่วยให้สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยําควบคุมได้อย่างแม่นยําและทําซ้ําได้ซึ่งสามารถเริ่มต้นเส้นทางปฏิกิริยาเคมีได้ทวีความรุนแรงขึ้นและสลับ ในทางตรงกันข้ามอาบน้ําอัลตราโซนิก (หรือที่เรียกว่าเครื่องทําความสะอาดอัลตราโซนิกหรือถัง) ให้อัลตราซาวนด์ที่มีความหนาแน่นของพลังงานต่ํามากและจุดโพรงอากาศที่เกิดขึ้นแบบสุ่มเป็นปริมาณของเหลวขนาดใหญ่ นี้ทําให้อาบน้ําอัลตราโซนิกไม่น่าเชื่อถือสําหรับปฏิกิริยา sonochemical ใด ๆ
"อาบน้ําทําความสะอาดอัลตราโซนิกมีความหนาแน่นของพลังงานที่สอดคล้องกับร้อยละเล็ก ๆ ของที่สร้างขึ้นโดยแตรอัลตราโซนิก การใช้ห้องอาบน้ําทําความสะอาดใน sonochemistry มี จํากัด เนื่องจากขนาดอนุภาคที่เป็นเนื้อเดียวกันและสัณฐานวิทยาไม่สามารถเข้าถึงได้เสมอไป นี่เป็นเพราะผลกระทบทางกายภาพของอัลตราซาวนด์เหนือนิวเคลียสและกระบวนการเติบโต" (González-Mendoza et al. 2015)

Ultrasonicators ประสิทธิภาพสูงสําหรับการสังเคราะห์อนุภาคนาโนทอง

Hielscher Ultrasonics จัดหาโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้สําหรับการสังเคราะห์โซโนเคมี (การสังเคราะห์โซโน) ของอนุภาคนาโนเช่นทองคําและโครงสร้างนาโนโลหะชั้นสูงอื่น ๆ ความปั่นป่วนและการกระจายตัวอัลตราโซนิกเพิ่มการถ่ายโอนมวลในระบบที่แตกต่างกันและส่งเสริมการเปียกและนิวเคลียสที่ตามมาของกลุ่มอะตอมเพื่อตกตะกอนอนุภาคนาโน การสังเคราะห์อัลตราโซนิกของอนุภาคนาโนเป็นวิธีที่ง่ายคุ้มค่าเข้ากันได้ทางชีวภาพทําซ้ําได้อย่างรวดเร็วและปลอดภัย
Hielscher Ultrasonics จัดหาโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพและควบคุมได้อย่างแม่นยําสําหรับการก่อตัวของโครงสร้างขนาดนาโนเช่นนาโนเชอร์นาโนรอดนาโนเบลท์นาโนริบบิ้นนาโนคลูสเตอร์อนุภาคเปลือกหลัก เป็นต้น
ลูกค้าของเราให้ความสําคัญกับคุณสมบัติอัจฉริยะของอุปกรณ์ดิจิตอล Hielscher ซึ่งมาพร้อมกับซอฟต์แวร์อัจฉริยะจอแสดงผลสัมผัสสีโปรโตคอลข้อมูลอัตโนมัติบนการ์ด SD ในตัวและมีเมนูที่ใช้งานง่ายสําหรับการใช้งานที่ใช้งานง่ายและปลอดภัย
ครอบคลุมช่วงพลังงานที่สมบูรณ์จาก 50 วัตต์มือถือ ultrasonicators สําหรับห้องปฏิบัติการถึง 16,000 วัตต์ระบบอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมที่มีประสิทธิภาพ Hielscher มีการตั้งค่าอัลตราโซนิกที่เหมาะสําหรับการใช้งานของคุณ อุปกรณ์ Sonochemical สําหรับการผลิตแบบเป็นชุดและแบบอินไลน์อย่างต่อเนื่องในเครื่องปฏิกรณ์ไหลผ่านมีจําหน่ายที่ขนาดม้านั่งและอุตสาหกรรม ความทนทานของอุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher ช่วยให้สามารถทํางานตลอด 24 ชั่วโมงได้ตลอด 24 ชั่วโมงและในสภาพแวดล้อมที่ต้องการ

ตารางด้านล่างนี้จะช่วยให้คุณมีข้อบ่งชี้ของความจุในการประมวลผลโดยประมาณของ ultrasonicators ของเรา: