Tek tip şekil ve morfolojinin altın nanopartikülleri sonokimyasal rota ile verimli bir şekilde sentezlenebilir. Altın nanopartikül sentezinin ultrasonik olarak teşvik edilen kimyasal reaksiyon, parçacık boyutu, şekil (örneğin, nanosferler, nanorodlar, 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 süreçler. Altın nano parçacıklar (Au-NP' ler) için uygulama alanları, katalizör olarak kullanılmasından nanoelektronik cihazların üretimine kadar, görüntüleme, nano-fotonik, nanomanyetik, biyosensörler, kimyasal sensörler, optik ve teranostik uygulamalar, ilaç teslimatı ve diğer kullanımlar için kullanım arasında değişmektedir.

Altın Nanopartikül Sentezi Yöntemleri

Nano-yapılandırılmış altın parçacıkları yüksek performanslı ultrasonication kullanılarak çeşitli yollar aracılığıyla sentezlenebilir. Ultrasonication sadece basit, verimli ve güvenilir bir teknik değildir, ayrıca sonication toksik veya sert kimyasal ajanlar olmadan altın iyonlarının kimyasal azaltılması için koşullar oluşturur ve farklı morfolojilerin asil metal nanopartiküllerinin oluşumunu sağlar. Rota ve sonokimyasal tedavi seçimi (sonosynthesis olarak da bilinir), tek tip boyut ve morfoloji ile altın nanosheres, nanorods, nanobeltler vb.
Aşağıda altın nanopartiküllerin hazırlanması için seçilen sonokimyasal yolları bulabilirsiniz.

Ultrasonik Geliştirilmiş Türkevich Yöntemi

Sonication, Turkevich sitrat azaltma reaksiyonunu ve değiştirilmiş Türkevich prosedürlerini yoğunlaştırmak için kullanılır.
Turkevich yöntemi, yaklaşık 10-20nm çapında mütevazı monodisperse küresel altın nanopartiküller üretir. Daha büyük parçacıklar üretilebilir, ancak monodispersite ve şekil pahasına. Bu yöntemde, sıcak kloroaurik asit sodyum sitrat çözeltisi ile tedavi edilir ve kolloidal altın üretilir. Turkevich reaksiyonı geçici altın nanotellerin oluşumu ile ilerler. Bu altın nanoteller, reaksiyon çözeltisinin yakut kırmızısına dönüşmeden önceki karanlık görünümünden sorumludur.
Sonokimyasal olarak altın nanopartikülleri sentezleyen Fuentes-García ve ark. (2020), ultrasonication'ı tek bir enerji kaynağı olarak kullanarak, laboratuvar gereksinimlerini azaltarak ve basit parametreleri değiştiren özellikleri kontrol ederek yüksek emilim etkileşimine sahip altın nanopartiküller üretmenin mümkün olduğunu bildirmektedir.
Lee ve arkadaşları (2012), ultrasonik enerjinin 20 ila 50 nm ayarlanabilir boyutlarda küresel altın nanopartiküller (AuNPs) üretmek için anahtar bir parametre olduğunu göstermiştir. Sodyum sitrat azaltma yoluyla sonosynthesis atmosferik koşullar altında sulu çözelti monodispers küresel altın nanopartiküller üretir.

Ultrason Kullanan Türkevich-Frens Yöntemi

Yukarıda açıklanan reaksiyon yolunun değiştirilmesi, altın nanopartiküllerin sentezi için basit bir çok adımlı süreç olan Turkevich-Frens yöntemidir. Ultrasonication, Turkevich-Frens reaksiyon yolunu Türkevich rotası ile aynı şekilde teşvik eder. Seri ve paralel reaksiyonların meydana geldiği Turkevich-Frens çok adımlı sürecin ilk adımı, dikarboksi aseton veren sitratın oksidasyonudur. Daha sonra, aurik tuz sulu tuza ve Au'ya indirgenir.⁰ve aurous tuz Au üzerine monte edilir⁰ AuNP'yi oluşturmak için atomlar (aşağıdaki şemaya bakın).

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

Bu, sitratın kendisinden ziyade sitratın oksidasyonundan kaynaklanan dikarboksi asetonun Türkevich-Frens reaksiyonunda gerçek AuNP dengeleyicisi olarak hareket ettiği anlamına gelir. Sitrat tuzu ayrıca sistemin pH'ını değiştirir, bu da altın nanopartiküllerin (AuNPs) boyut ve boyut dağılımını etkiler. Turkevich-Frens reaksiyonunun bu koşulları, 20 ila 40nm arasında parçacık boyutlarına sahip neredeyse monodisperse altın nanopartiküller üretir. Tam parçacık boyutu, çözeltinin pH'ının varyasyonu ve ultrasonik parametreler tarafından değiştirilebilir. Sitrat stabilize AuNP'ler, trisositür sitrat dihidratın sınırlı azaltma yeteneği nedeniyle her zaman 10 nm'den daha büyüktür. Ancak, D kullanarak₂O, H yerine çözücü olarak₂AuNP'lerin sentezi sırasında O, AuNP'leri 5 nm parçacık boyutuyla sentezlemenizi sağlar. D'nin eklenmesi olarak₂O sitratın azaltıcı mukavemetini artırın, D kombinasyonu₂O ve C₆'H₉Na₃O₉. (cf. Zhao ve ark., 2013)

Sonokimya Türkevich-Frens Rotası protokolü

Turkevich-Frens yöntemi ile altın nanopartikülleri aşağıdan yukarıya bir prosedürde sentezlemek için, 50mL kloroaurik asit (HAuCl₄), 0.025 mM, 100 mL cam bir kabın içine dökülür, içine 1 mL% 1.5 (w/ v) sulu trizodiyum sitrat çözeltisi (Na₃Ct) oda sıcaklığında ultrasonication altında eklenir. Ultrasonication 60W, 150W ve 210W olarak gerçekleştirildi. The Na₃Ct/HAuCl₄ örneklerde kullanılan oran 3:1'dir (w/v). Ultrasonication sonra, kolloidal çözümler farklı renkler gösterdi, 60 W için mor ve 150 ve 210 W örnekleri için yakut kırmızısı. Yapısal karakterizasyona göre sonikasyon gücü artırılarak daha küçük boyutlar ve daha küresel altın nanopartikül kümeleri üretildi. Fuentes-García ve ark. (2021) araştırmalarında parçacık boyutu, polihedral yapı ve sonokimyasal olarak sentezlenen altın nanopartiküllerin optik özellikleri ve oluşumları için reaksiyon kinetiği üzerinde artan sonikasyonun güçlü etkisini göstermektedir. Her ikisi de, 16nm ve 12nm büyüklüğünde altın nanopartiküller özel bir sonokimyasal prosedürle üretilebilir. (Fuentes-García vd., 2021)

(a,b) TEM görüntüsü ve (c) sonokimyasal olarak sentezlenmiş altın nanopartiküllerin (AuNP'ler) boyut dağılımı
Resim ve çalışma: © Dheyab ve ark., 2020.

Altın Nanopartiküllerin Sonolizi

Altın parçacıklarının deneysel üretimi için bir başka yöntem, çapı 10 nm'nin altında olan altın parçacıklarının sentezi için ultrasonun uygulandığı sonolizdir. Reaktiflere bağlı olarak, sonolitik reaksiyon çeşitli şekilde çalıştırılabilir. Örneğin, sulu bir HAuCl çözümünün sonication₄ glikoz, hidroksil radikalleri ve şeker piroliz radikalleri ile azaltıcı ajanlar olarak hareket eder. Bu radikaller, yoğun ultrason ve dökme su tarafından oluşturulan çöken boşluklar arasında interfacial bölgede oluşur. Altın nanoyapıların morfolojisi, genişliği 30-50 nm ve birkaç mikrometre uzunluğunda nanoribbonlardır. Bu şeritler çok esnektir ve 90°'den büyük açılarla bükülebilir. Glikoz, bir glikoz oligomer olan siklodekstrin ile değiştirildiğinde, sadece küresel altın parçacıkları elde edilir, bu da glikozun morfolojiyi bir şerbe yönlendirmede gerekli olduğunu düşündürür.

Sonokimyasal Nano-Altın Sentezi için Örnek Protokol

Sitrat kaplı AuNP'leri sentezlemek için kullanılan öncül malzemeler arasında HAuCl bulunur₄, sodyum sitrat ve damıtılmış su. Örneği hazırlamak için, ilk adım HAuCl'in çözünmesini içeriyordu.₄ 0,03 M konsantrasyonda damıtılmış suda. Daha sonra, HAuCl çözümü₄ (2 mL) sulu 0,03 M sodyum sitrat çözeltisinin 20 mL'sine damla yönünde eklendi. Karıştırma aşamasında, 17,9 W·cm ses gücüyle çözeltiye 5 dakika boyunca ultrasonik boynuzlu yüksek yoğunluklu bir ultrasonik prob (20 kHz) yerleştirildi.²
(cf. Dhabey at al. 2020)

Sonication kullanarak Altın Nanobelt Sentezi

Tek cristalline nanobeltler (bkz. TEM görüntüsü sol) sulu bir HAuCl çözeltisinin sonication yoluyla sentezlenebilir₄ reasinler olarak α-D-Glikoz varlığında. Soniokimyasal olarak sentezlenen altın nanobeltler ortalama 30 ila 50 nm genişlik ve birkaç mikrometre uzunluğu gösterir. Altın nanobelt üretimi için ultrasonik reaksiyon basit, hızlı ve toksik maddelerin kullanımını önler. (cf. Zhang ve ark, 2006)

Altın NPs Sonokimyasal Sentezini Etkileyecek Yüzey Aktif Madde

Kimyasal reaksiyonlar üzerinde yoğun ultrason uygulaması, dönüşümü ve verimi başlatır ve teşvik eder. Tek tip parçacık boyutu ve belirli hedeflenen şekil / morfolojileri elde etmek için yüzey aktif madde seçimi kritik bir faktördür. Alkollerin eklenmesi, parçacık şeklini ve boyutunu kontrol etmeye de yardımcı olur. Örneğin, a-d-glikoz varlığında, sulu HAuCl'in sonoliz sürecindeki büyük reaksiyonlar₄ aşağıdaki denklemlerde gösterildiği gibi (1-4):
(1) H₂ O —> H¹ + OH¹
(2) şeker —> piroliz radikalleri
(3) AIII + radikalleri azaltma —> Au⁰
(4) nAu⁰ —> AuNP (nanobeltler)
(cf. Zhao ve ark., 2014)

Prob Tipi Ultrasonicators Gücü

Ultrasonik problar veya sonotrodlar (ultrasonik boynuzlar olarak da adlandırılır) kimyasal çözümlere çok odaklanmış formda yüksek yoğunluklu ultrason ve akustik kavitasyon sağlar. Güç ultrasonunun bu hassas kontrol edilebilir ve verimli iletimi, kimyasal reaksiyon yollarının başlatılabilir, yoğunlaştırılabilir ve değiştirilebileceği güvenilir, hassas kontrol edilebilir ve tekrarlanabilir koşullar sağlar. Buna karşılık, ultrasonik bir banyo (ultrasonik temizleyici veya tank olarak da bilinir), çok düşük güç yoğunluğuna ve rastgele oluşan kavitasyon noktalarına sahip ultrasonu büyük bir sıvı hacmine sunar. Bu ultrasonik banyolar herhangi bir sonokimyasal reaksiyonlar için güvenilmez hale getirir.
"Ultrasonik temizleme banyoları, ultrasonik bir boynuz tarafından üretilenin küçük bir yüzdesine karşılık gelen bir güç yoğunluğuna sahiptir. Tamamen homojen parçacık boyutuna ve morfolojisine her zaman ulaşılmadığını göz önünde bulundurarak, sonokimyada temizlik banyolarının kullanımı sınırlıdır. Bunun nedeni ultrasonun çekirdeklenme ve büyüme süreçleri üzerindeki fiziksel etkileridir" dedi. (González-Mendoza vd. 2015)

Altın Nanopartiküllerin Sentezi için Yüksek Performanslı Ultrasonicators

Hielscher Ultrasonics altın ve diğer asil metal nanoyapılar gibi nanopartiküllerin sonokimyasal sentezi (sono-sentez) için güçlü ve güvenilir ultrasonik işlemciler sağlar. Ultrasonik ajitasyon ve dispersiyon heterojen sistemlerde kütle transferini artırır ve nano parçacıkları çökeltmek için atom kümelerinin ıslatılmasını ve sonraki çekirdeklenmelerini teşvik eder. Nano parçacıkların ultrasonik sentezi basit, uygun maliyetli, biyouyumlu, tekrarlanabilir, hızlı ve güvenli bir yöntemdir.
Hielscher Ultrasonics nanosheres, nanorods, nanobelts, nano şeritler, nanoclusters, çekirdek kabuk parçacıkları vb gibi nano boyutlu yapıların oluşumu için güçlü ve hassas kontrol edilebilir ultrasonik işlemciler sağlar.
Müşterilerimiz, akıllı yazılım, renkli dokunmatik ekran, dahili bir SD kartta otomatik veri protokolü ile donatılmış ve kullanıcı dostu ve güvenli çalışma için sezgisel bir menüye sahip Hielscher dijital cihazlarının akıllı özelliklerine değer verir.
16.000 watt güçlü endüstriyel ultrasonik sistemlere kadar laboratuvar için 50 watt el ultrasonicators tam güç aralığını kapsayan, Hielscher uygulamanız için ideal ultrasonik kuruluma sahiptir. Akış reaktörlerinde toplu ve sürekli hat içi üretim için sonokimyasal ekipmanlar, herhangi bir tezgah üstü ve endüstriyel boyutta hazırdır. Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı, ağır işlerde ve zorlu ortamlarda 7/24 çalışma sağlar.

Aşağıdaki tablo size bizim ultrasonicators yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesidir: