Altın Nanopartiküllerin Verimli ve Kontrollü Sentezi

Düzgün şekil ve morfolojiye sahip altın nanopartiküller, sonokimyasal yolla verimli bir şekilde sentezlenebilir. Altın nanopartikül sentezinin ultrasonik olarak teşvik edilen kimyasal reaksiyonu, partikül boyutu, şekli (örneğin, nanoküreler, nanoçubuklar, nanobeltler vb.) ve morfoloji için hassas bir şekilde kontrol edilebilir. Etkili, basit, hızlı ve yeşil kimyasal prosedür, endüstriyel ölçekte altın nanoyapıların güvenilir bir şekilde üretilmesini sağlar.

Altın Nanopartiküller ve Nanoyapılar

Altın nanopartiküller ve nano boyutlu yapılar R'de yaygın olarak uygulanmaktadır.&Elektronik, manyetik ve optik özellikler, kuantum boyutu etkileri, yüzey plazmon rezonansı, yüksek katalitik aktivite, diğer özelliklerin yanı sıra kendi kendine montaj dahil olmak üzere nano boyutlu altının benzersiz özellikleri nedeniyle D ve endüstriyel işlemler. Altın nano parçacıkların (Au-NP'ler) uygulama alanları, katalizör olarak kullanımdan nanoelektronik cihazların imalatına, ayrıca görüntüleme, nano-fotonik, nanomanyetik, biyosensörler, kimyasal sensörler, optik ve teranostik uygulamalar, ilaç dağıtımı ve diğer kullanımlar için kullanıma kadar uzanmaktadır.

Altın Nanopartikül Sentezi Yöntemleri

Nano yapılı altın parçacıkları, yüksek performanslı ultrasonikasyon kullanılarak çeşitli yollarla sentezlenebilir. Ultrasonikasyon sadece basit, verimli ve güvenilir bir teknik değildir, ayrıca sonikasyon, toksik veya sert kimyasal ajanlar olmadan altın iyonlarının kimyasal indirgenmesi için koşullar yaratır ve farklı morfolojilere sahip asil metal nanopartiküllerin oluşumunu sağlar. Rota seçimi ve sonokimyasal işlem (sonosentez olarak da bilinir), altın nanoşerler, nanoçubuklar, nanobeltler vb. gibi altın nanoyapıların tek tip boyut ve morfolojiye sahip üretilmesine izin verir.
Aşağıda altın nanopartiküllerin hazırlanması için seçilmiş sonokimyasal yolları bulabilirsiniz.

Ultrasonik Olarak Geliştirilmiş Turkevich Yöntemi

Sonikasyon, Turkevich sitrat redüksiyon reaksiyonunun yanı sıra modifiye Turkevich prosedürlerini yoğunlaştırmak için kullanılır.
Turkevich yöntemi, çapı yaklaşık 10-20 nm olan mütevazı monodispers küresel altın nanopartiküller üretir. Daha büyük parçacıklar üretilebilir, ancak tek dağılım ve şekil pahasına. Bu yöntemde, sıcak kloroaurik asit, kolloidal altın üreten sodyum sitrat çözeltisi ile muamele edilir. Turkevich reaksiyonu, geçici altın nanotellerin oluşumu yoluyla ilerler. Bu altın nanoteller, reaksiyon çözeltisinin yakut kırmızısına dönmeden önce koyu renkli görünümünden sorumludur.
Fuentes-García ve ark. (2020), altın nanopartikülleri sonokimyasal olarak sentezleyen, tek bir enerji kaynağı olarak ultrasonikasyon kullanarak yüksek absorpsiyon etkileşimine sahip altın nanopartiküller üretmenin, laboratuvar gereksinimlerini azaltmanın ve basit parametreleri değiştiren özellikleri kontrol etmenin mümkün olduğunu bildirmektedir.
Lee ve ark. (2012), ultrasonik enerjinin, 20 ila 50 nm arasında ayarlanabilir boyutlarda küresel altın nanopartiküller (AuNP'ler) üretmek için önemli bir parametre olduğunu göstermiştir. Sodyum sitrat indirgeme yoluyla sonosentez, atmosferik koşullar altında sulu çözelti içinde monodispers küresel altın nanopartiküller üretir.

Ultrason ile Türkevich-Frens Yöntemi

Yukarıda tarif edilen reaksiyon yolunun bir modifikasyonu, altın nanopartiküllerin sentezi için basit bir çok aşamalı işlem olan Turkevich-Frens yöntemidir. Ultrasonikasyon, Türkeviç-Frens reaksiyon yolunu Türkeviç rotası ile aynı şekilde teşvik eder. Reaksiyonların seri ve paralel olarak meydana geldiği Turkevich-Frens çok aşamalı sürecinin ilk adımı, dikarboksi aseton veren sitratın oksidasyonudur. Daha sonra, aurik tuz, aurous tuzuna ve Au'ya indirgenir.⁰ve aurous tuzu Au üzerinde toplanır⁰ AuNP'yi oluşturmak için atomlar (aşağıdaki şemaya bakın).
 

Turkevich yöntemi ile altın nanoparçacık sentezi.
şema ve çalışma: ©Zhao ve ark., 2013

 
Turkevich yöntemi ile altın nanoparçacık sentezi.
scheme and study: ©Zhao et al., 2013[/caption]
Bu, sitratın kendisinden ziyade sitratın oksidasyonundan kaynaklanan dikarboksi asetonun, Turkevich-Frens reaksiyonunda gerçek AuNP stabilizatörü olarak hareket ettiği anlamına gelir. Sitrat tuzu ayrıca sistemin pH'ını değiştirir, bu da altın nanopartiküllerin (AuNP'ler) boyut ve boyut dağılımını etkiler. Türkeviç-Frens reaksiyonunun bu koşulları, parçacık boyutları 20 ila 40nm arasında olan neredeyse monodispers altın nanoparçacıkları üretir. Kesin partikül boyutu, çözeltinin pH'ının değişmesi ve ayrıca ultrasonik parametreler ile değiştirilebilir. Sitrat ile stabilize edilmiş AuNP'ler, trisodyum sitrat dihidratın sınırlı indirgeme kabiliyeti nedeniyle her zaman 10 nm'den büyüktür. Ancak, D kullanarak₂AuNP'lerin sentezi sırasında H2O yerine çözücü olarak O, partikül boyutu 5 nm olan AuNP'lerin sentezlenmesine izin verir. D2O ilavesi sitratın indirgeme mukavemetini arttırdıkça, D2O ve C kombinasyonu₆H₉Na₃O₉. (bkz. Zhao ve diğerleri, 2013)

Sonochemical Turkevich-Frens Rotası Protokolü

Altın nanopartikülleri Turkevich-Frens yöntemi ile aşağıdan yukarıya bir prosedürde sentezlemek için 50 mL kloroaurik asit (HAuCl₄), 0.025 mM, 100 mL'lik bir cam kabın içine dökülür, bunun içine 1 mL% 1.5 (a/h) sulu trisodyum sitrat çözeltisi (Na₃Ct) oda sıcaklığında ultrasonikasyon altında eklenir. Ultrasonikasyon 60W, 150W ve 210W'da yapıldı. The Na₃Ct/HAuCl₄ Numunelerde kullanılan oran 3:1'dir (a/h). Ultrasonication'dan sonra, kolloidal çözeltiler 60 W için menekşe ve 150 ve 210 W numuneler için yakut kırmızısı olmak üzere farklı renkler gösterdi. Yapısal karakterizasyona göre, daha küçük boyutlar ve daha küresel altın nanopartikül kümeleri, sonikasyon gücünün arttırılmasıyla üretildi. Fuentes-García ve ark. (2021) araştırmalarında, artan sonikasyonun sonokimyasal olarak sentezlenen altın nanopartiküllerin parçacık boyutu, çok yüzlü yapısı ve optik özellikleri ve bunların oluşumu için reaksiyon kinetiği üzerindeki güçlü etkisini göstermektedir. Hem 16nm hem de 12nm boyutlarında altın nanopartiküller, özel bir sonokimyasal prosedürle üretilebilir. (Fuentes-García ve diğerleri, 2021)
 

(a,b) TEM image (scale of 50 nm) and (c) size distribution of AuNPs synthesized at a
sonication power 17.9 Wcm2.
Resim ve çalışma: © Dheyab ve ark., 2020.

Altın Nanopartiküllerin Sonolizi

Altın parçacıklarının deneysel olarak üretilmesi için başka bir yöntem, çapı 10 nm'nin altında olan altın parçacıklarının sentezi için ultrasonun uygulandığı sonolizdir. Reaktiflere bağlı olarak, sonolitik reaksiyon çeşitli şekillerde çalıştırılabilir. Örneğin, sulu bir HAuCl çözeltisinin sonikasyonu₄ Glikoz ile hidroksil radikalleri ve şeker piroliz radikalleri indirgeyici ajanlar olarak işlev görür. Bu radikaller, yoğun ultrason tarafından oluşturulan çöken boşluklar ile toplu su arasındaki arayüzey bölgesinde oluşur. Altın nanoyapıların morfolojisi, 30-50 nm genişliğinde ve birkaç mikrometre uzunluğunda nanoribbonlardır. Bu şeritler çok esnektir ve 90°'den daha büyük açılarla bükülebilir. Glikoz, bir glikoz oligomeri olan siklodekstrin ile değiştirildiğinde, yalnızca küresel altın parçacıkları elde edilir, bu da morfolojiyi bir şeride yönlendirmede glikozun gerekli olduğunu düşündürür.

Sonokimyasal Nano-Altın Sentezi için Örnek Protokol

Sitrat kaplı AuNP'leri sentezlemek için kullanılan öncü malzemeler arasında HAuCl4, sodyum sitrat ve damıtılmış su bulunur. Numuneyi hazırlamak için ilk adım, HAuCl4'ün 0.03 M'lik bir konsantrasyonda damıtılmış su içinde çözünmesini içeriyordu. Daha sonra, HAuCl4 (2 mL) çözeltisi, 20 mL sulu 0.03 M sodyum sitrat çözeltisine damla damla ilave edildi. Karıştırma aşaması sırasında, ultrasonik kornalı yüksek yoğunluklu bir ultrasonik prob (20 kHz), 17.9 W·cm'lik bir sondaj gücünde 5 dakika boyunca çözeltiye yerleştirildi²
(bkz. d. 2020'de dabi)

Sonikasyon kullanarak Altın Nanobelt Sentezi

Tek kristalin nanobeltler (soldaki TEM resmine bakın), reagenler olarak α-D-Glikoz varlığında sulu bir HAuCl4 çözeltisinin sonikasyonu yoluyla sentezlenebilir. Sonokimyasal olarak sentezlenen altın nanobeltler, ortalama 30 ila 50 nm genişlik ve birkaç mikrometre uzunluk gösterir. Altın nanobeltlerin üretimi için ultrasonik reaksiyon basit, hızlıdır ve toksik maddelerin kullanımını önler. (bkz. Zhang ve diğerleri, 2006)

Altın NP'lerin Sonokimyasal Sentezini Etkileyen Yüzey Aktif Maddeler

Kimyasal reaksiyonlarda yoğun ultrason uygulaması, dönüşümü ve verimi başlatır ve teşvik eder. Tek tip partikül boyutu ve belirli hedeflenen şekiller / morfolojiler elde etmek için, yüzey aktif maddelerin seçimi kritik bir faktördür. Alkollerin eklenmesi ayrıca partikül şeklini ve boyutunu kontrol etmeye yardımcı olur. Örneğin, ad-glikoz varlığında, sulu HAuCl'nin sonoliz sürecindeki ana reaksiyonlar₄ Aşağıdaki denklemlerde (1-4) gösterildiği gibi:
(1) H₂ O —> H∙ + OH∙
(2) sugar —> pyrolysis radicals
(3) BirIII + reducing radicals —> Au⁰
(4) nAu⁰ —> AuNP (nanobelts)
(bkz. Zhao ve diğerleri, 2014)

Prob Tipi Ultrasonikatörlerin Gücü

Ultrasonik problar veya sonotrodlar (ultrasonik kornalar olarak da adlandırılır), kimyasal çözeltilere çok odaklanmış biçimde yüksek yoğunluklu ultrason ve akustik kavitasyon sağlar. Güç ultrasonunun bu hassas kontrol edilebilir ve verimli iletimi, kimyasal reaksiyon yollarının başlatılabildiği, yoğunlaştırılabildiği ve değiştirilebildiği güvenilir, hassas bir şekilde kontrol edilebilir ve tekrarlanabilir koşullar sağlar. Buna karşılık, bir ultrasonik banyo (ultrasonik temizleyici veya tank olarak da bilinir), çok düşük güç yoğunluğuna sahip ultrason ve rastgele oluşan kavitasyon lekelerini büyük bir sıvı hacmine iletir. Bu, ultrasonik banyoları herhangi bir sonokimyasal reaksiyon için güvenilmez hale getirir.
"Ultrasonik temizleme banyoları, ultrasonik bir korna tarafından üretilenin küçük bir yüzdesine karşılık gelen bir güç yoğunluğuna sahiptir. Sonokimyada temizleme banyolarının kullanımı, tamamen homojen partikül boyutuna ve morfolojisine her zaman ulaşılamadığı göz önüne alındığında sınırlıdır. Bu, ultrasonun çekirdeklenme ve büyüme süreçleri üzerindeki fiziksel etkilerinden kaynaklanmaktadır." (González-Mendoza ve ark. 2015)

Altın nanopartiküllerin sentezi için yüksek performanslı ultrasonikatörler

Hielscher Ultrasonics, altın ve diğer asil metal nanoyapılar gibi nanopartiküllerin sonokimyasal sentezi (sono-sentezi) için güçlü ve güvenilir ultrasonik işlemciler sağlar. Ultrasonik ajitasyon ve dispersiyon, heterojen sistemlerde kütle transferini arttırır ve nano partikülleri çökeltmek için atom kümelerinin ıslanmasını ve ardından çekirdeklenmesini teşvik eder. Nano parçacıkların ultrasonik sentezi basit, uygun maliyetli, biyouyumlu, tekrarlanabilir, hızlı ve güvenli bir yöntemdir.
Hielscher Ultrasonics, nanosheres, nanorods, nanobelts, nano-ribbons, nanoclusters, core-shell parçacıkları gibi nano boyutlu yapıların oluşumu için güçlü ve hassas kontrol edilebilir ultrasonik işlemciler sağlar.
Müşterilerimiz, akıllı yazılım, renkli dokunmatik ekran, dahili bir SD kart üzerinde otomatik veri protokolü ile donatılmış ve kullanıcı dostu ve güvenli çalışma için sezgisel bir menü içeren Hielscher dijital cihazların akıllı özelliklerine değer veriyor.
Laboratuvar için 50 watt el tipi ultrasonicators'tan 16.000 watt güçlü endüstriyel ultrasonik sistemlere kadar tüm güç aralığını kapsayan Hielscher, uygulamanız için ideal ultrasonik kuruluma sahiptir. Akışlı reaktörlerde toplu ve sürekli hat içi üretim için Sonochemical ekipmanı, herhangi bir tezgah üstü ve endüstriyel boyutta kolayca temin edilebilir. Hielscher'ın ultrasonik ekipmanının sağlamlığı, ağır hizmet ve zorlu ortamlarda 7/24 çalışmaya izin verir.

Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir: