Oltin nanozarrachalarining samarali va boshqariladigan sintezi

Yagona shakldagi va morfologiyadagi oltin nanozarrachalar sonokimyoviy yo'l orqali samarali sintezlanishi mumkin. Oltin nanozarrachalar sintezining ultratovushli kimyoviy reaktsiyasi zarrachalar hajmi, shakli (masalan, nanosferalar, nanorodlar, nanobeltlar va boshqalar) va morfologiyasi uchun aniq nazorat qilinishi mumkin. Samarali, oddiy, tez va yashil kimyoviy protsedura sanoat miqyosida oltin nanostrukturalarini ishonchli ishlab chiqarish imkonini beradi.

Oltin nanozarralari va nanostrukturalari

R.da oltin nanozarrachalari va nano oʻlchamdagi tuzilmalar keng qoʻllaniladi&D va boshqa xususiyatlar qatorida nano o'lchamdagi oltinning noyob xususiyatlari tufayli sanoat jarayonlari, jumladan elektron, magnit va optik xususiyatlar, kvant o'lchami effektlari, sirt plazmon rezonansi, yuqori katalitik faollik, o'z-o'zini yig'ish. Oltin nano-zarrachalarini (Au-NPs) qo'llash sohalari katalizator sifatida foydalanishdan nanoelektron qurilmalarni ishlab chiqarishga, shuningdek tasvirlash, nano-fotonika, nanomagnit, biosensorlar, kimyoviy sensorlar, optik va teranostik maqsadlarda foydalanishgacha. ilovalar, dori vositalarini etkazib berish va boshqa foydalanish.

Oltin nanozarrachalar sintezi usullari

Nano-strukturali oltin zarralari yuqori samarali ultratovush yordamida turli yo'llar bilan sintezlanishi mumkin. Ultrasonikatsiya nafaqat oddiy, samarali va ishonchli texnikadir, bundan tashqari, sonikatsiya oltin ionlarini zaharli yoki qattiq kimyoviy moddalarsiz kimyoviy kamaytirish uchun sharoit yaratadi va turli morfologiyadagi qimmatbaho metall nanozarrachalarini hosil qilish imkonini beradi. Marshrutni tanlash va sonokimyoviy ishlov berish ( sonosintez deb ham ataladi) oltin nanostrukturalarini, masalan, oltin nanosherlar, nanorodlar, nanobeltlar va boshqalarni bir xil o'lcham va morfologiyaga ega bo'lgan ishlab chiqarish imkonini beradi.
Quyida siz oltin nanozarrachalarini tayyorlash uchun tanlangan sonokimyoviy yo'llarni topishingiz mumkin.

Ultratovushli takomillashtirilgan Turkevich usuli

Sonication Turkevich sitrat-qaytarilish reaktsiyasini, shuningdek, o'zgartirilgan Turkevich protseduralarini kuchaytirish uchun ishlatiladi.
Turkevich usuli diametri 10-20 nm bo'lgan oddiy monodispers sferik oltin nanozarrachalarini ishlab chiqaradi. Kattaroq zarrachalar ishlab chiqarilishi mumkin, ammo monodisperslik va shakl xarajati. Bu usulda issiq xloroaurik kislota natriy sitrat eritmasi bilan ishlov berib, kolloid oltin hosil qiladi. Turkevich reaksiyasi vaqtinchalik oltin nanosimlarni hosil qilish orqali boradi. Ushbu oltin nanosimlar reaksiya eritmasining yoqut-qizil rangga aylanishidan oldin qorong'i ko'rinishi uchun javobgardir.
Fuentes-Garcia va boshqalar. Oltin nanozarrachalarini sonokimyoviy sintez qilgan (2020), yagona energiya manbai sifatida ultratovush yordamida, laboratoriya talablarini kamaytiradigan va oddiy parametrlarni o'zgartiruvchi xususiyatlarni nazorat qilib, yuqori assimilyatsiya o'zaro ta'siriga ega oltin nanozarrachalarni ishlab chiqarish mumkinligi haqida xabar beradi.
Li va boshqalar. (2012) ultratovush energiyasi 20 dan 50 nm gacha sozlanishi mumkin bo'lgan sferik oltin nanozarrachalarini (AuNPs) ishlab chiqarish uchun asosiy parametr ekanligini ko'rsatdi. Natriy sitratini kamaytirish orqali sonosintez atmosfera sharoitida suvli eritmada monodispers sferik oltin nanozarrachalarini ishlab chiqaradi.

Ultratovush yordamida Turkevich-Frens usuli

Yuqorida tavsiflangan reaktsiya yo'lining modifikatsiyasi Turkevich-Frens usuli bo'lib, u oltin nanozarrachalarini sintez qilish uchun oddiy ko'p bosqichli jarayondir. Ultrasonikatsiya Turkevich-Frens reaktsiya yo'lini Turkevich yo'li bilan bir xil tarzda targ'ib qiladi. Turkevich-Frens ko'p bosqichli jarayonning boshlang'ich bosqichi, bunda reaktsiyalar ketma-ket va parallel ravishda sodir bo'ladi, bu sitratning oksidlanishi bo'lib, dikarboksi aseton hosil qiladi. Keyin aurik tuz aurus tuzi va Au ga kamayadi⁰, va aurous tuz Au ustida yig'iladi⁰ atomlar AuNP hosil qiladi (quyidagi sxemaga qarang).
 

Turkevich usulida oltin nanozarrachalar sintezi.
sxema va o'rganish: © Zhao va boshqalar, 2013

 
Turkevich usulida oltin nanozarrachalar sintezi.
scheme and study: ©Zhao et al., 2013[/caption]
Bu shuni anglatadiki, sitratning o'zi emas, balki sitratning oksidlanishi natijasida hosil bo'lgan dikarboksi aseton Turkevich-Frens reaktsiyasida haqiqiy AuNP stabilizatori sifatida ishlaydi. Sitrat tuzi qo'shimcha ravishda tizimning pH qiymatini o'zgartiradi, bu esa oltin nanozarrachalarning (AuNPs) hajmi va hajmi taqsimotiga ta'sir qiladi. Turkevich-Frens reaktsiyasining bunday sharoitlari zarracha o'lchamlari 20 dan 40 nm gacha bo'lgan deyarli monodispers oltin nanozarrachalarini hosil qiladi. To'liq zarracha hajmi eritmaning pH o'zgarishi bilan, shuningdek, ultratovush parametrlari bilan o'zgartirilishi mumkin. Trinatriy sitrat dihidratning kamaytirish qobiliyati cheklanganligi sababli sitrat bilan barqarorlashtirilgan AuNP har doim 10 nm dan kattaroqdir. Biroq, D yordamida₂AuNPlarni sintez qilishda H2O o'rniga erituvchi sifatida O zarracha o'lchami 5 nm bo'lgan AuNPlarni sintez qilish imkonini beradi. D2O qo'shilishi sitratning kamaytiruvchi kuchini oshiradi, D2O va C birikmasi₆H₉Na₃O₉. (Qarang: Zhao va boshqalar, 2013)

Sonochemical Turkevich-Frens yo'nalishi bo'yicha protokol

Turkevich-Frens usulida pastdan yuqoriga qarab oltin nanozarrachalarini sintez qilish uchun 50 ml xloroaurik kislota (HAuCl)₄), 0,025 mM 100 ml shisha stakanga quyiladi, unga 1 ml 1,5% (v/h) trinatriy sitrat (Na) suvli eritmasi solinadi.₃Ct) xona haroratida ultratovush ostida qo'shiladi. Ultrasonikatsiya 60W, 150W va 210W da amalga oshirildi. Na₃Ct/HAuCl₄ namunalarda ishlatiladigan nisbat 3:1 (w/v). Ultrasonikatsiyadan so'ng, kolloid eritmalar turli xil ranglarni ko'rsatdi, 60 Vt uchun binafsha va 150 va 210 Vt namunalar uchun yoqut-qizil. Strukturaviy tavsifga ko'ra, sonikatsiya quvvatini oshirish orqali oltin nanozarrachalarning kichikroq o'lchamlari va ko'proq sharsimon klasterlari ishlab chiqarilgan. Fuentes-Garcia va boshqalar. (2021) o'z tadqiqotlarida sonokimyoviy sintez qilingan oltin nanozarrachalarning zarracha hajmiga, ko'pburchak tuzilishiga va optik xususiyatlariga va ularning hosil bo'lish reaksiya kinetikasiga ortib borayotgan sonikatsiyaning kuchli ta'sirini ko'rsatadi. Ikkalasi ham 16nm va 12nm o'lchamdagi oltin nanozarrachalar moslashtirilgan sonokimyoviy protsedura bilan ishlab chiqarilishi mumkin. (Fuentes-Garcia va boshqalar, 2021)
 

(a,b) TEM image (scale of 50 nm) and (c) size distribution of AuNPs synthesized at a
sonication power 17.9 Wcm2.
Rasm va o'rganish: © Dheyab va boshqalar, 2020.

Oltin nanozarrachalarining sonolizi

Oltin zarralarini eksperimental ishlab chiqarishning yana bir usuli sonolizdir, bu erda diametri 10 nm dan kichik bo'lgan oltin zarralarini sintez qilish uchun ultratovush qo'llaniladi. Reagentlarga qarab, sonolitik reaksiya turli usullarda amalga oshirilishi mumkin. Masalan, HAuCl ning suvli eritmasini sonikatsiya qilish₄ glyukoza, gidroksil radikallari va shakar piroliz radikallari bilan qaytaruvchi moddalar sifatida ishlaydi. Ushbu radikallar kuchli ultratovush va suv oqimi natijasida hosil bo'lgan qulab tushadigan bo'shliqlar orasidagi interfasial mintaqada hosil bo'ladi. Oltin nanostrukturalarining morfologiyasi kengligi 30-50 nm va uzunligi bir necha mikrometrga teng bo'lgan nanoribbonlardir. Ushbu lentalar juda moslashuvchan va 90 ° dan katta burchaklar bilan egilishi mumkin. Glyukoza siklodekstrin, glyukoza oligomeri bilan almashtirilganda, faqat sferik oltin zarralari olinadi, bu glyukoza morfologiyani lentaga yo'naltirishda muhim ekanligini ko'rsatadi.

Sonokimyoviy nano-oltin sintezi uchun namunaviy protokol

Sitrat bilan qoplangan AuNPlarni sintez qilish uchun ishlatiladigan prekursor materiallarga HAuCl4, natriy sitrat va distillangan suv kiradi. Namuna tayyorlash uchun birinchi bosqichda HAuCl4 ni 0,03 M konsentratsiyali distillangan suvda eritish amalga oshirildi. Keyinchalik, HAuCl4 (2 ml) eritmasi 20 ml suvli 0,03 M natriy sitrat eritmasiga tomchilab qo'shildi. Aralashtirish bosqichida ultratovushli shoxli yuqori zichlikdagi ultratovushli prob (20 kHz) 17,9 Vt·sm tovush kuchida 5 minut davomida eritma ichiga kiritildi.²
(Qarang: Dhabey va al. 2020)

Sonication yordamida oltin nanobelt sintezi

Yagona kristalli nanobeltlar (chapdagi TEM rasmiga qarang) reagentlar sifatida a-D-glyukoza ishtirokida HAuCl4 ning suvli eritmasini sonikatsiya qilish orqali sintezlanishi mumkin. Sonokimyoviy sintez qilingan oltin nanobeltlar o'rtacha kengligi 30 dan 50 nm gacha va uzunligi bir necha mikrometrga teng. Oltin nanobeltalarni ishlab chiqarish uchun ultratovush reaktsiyasi oddiy, tez va zaharli moddalarni ishlatishdan qochadi. (Qarang: Chjan va boshqalar, 2006)

Oltin NPlarning sonokimyoviy sinteziga ta'sir qiluvchi sirt faol moddalar

Kimyoviy reaktsiyalarda kuchli ultratovushni qo'llash konversiya va hosilni boshlaydi va rag'batlantiradi. Bir xil zarracha o'lchamini va ma'lum maqsadli shakllar / morfologiyalarni olish uchun sirt faol moddalarni tanlash hal qiluvchi omil hisoblanadi. Spirtli ichimliklar qo'shilishi zarrachalar shakli va hajmini nazorat qilishga yordam beradi. Masalan, ad-glyukoza ishtirokida, suvli HAuCl ning sonoliz jarayonidagi asosiy reaktsiyalar.₄ quyidagi tenglamalarda tasvirlanganidek (1-4):
(1) H₂ O —> H∙ + OH∙
(2) sugar —> pyrolysis radicals
(3) AIII + reducing radicals —> Au⁰
(4) nAu⁰ —> AuNP (nanobelts)
(Qarang: Chjao va boshqalar, 2014)

Prob tipidagi ultrasonikatorlarning kuchi

Ultrasonik zondlar yoki sonotrodlar (shuningdek, ultratovush shoxlari deb ataladi) kimyoviy eritmalarga juda yo'naltirilgan shaklda yuqori intensivlikdagi ultratovush va akustik kavitatsiyani etkazib beradi. Ushbu aniq boshqariladigan va samarali quvvat ultratovush uzatilishi kimyoviy reaktsiya yo'llarini boshlash, kuchaytirish va almashtirish mumkin bo'lgan ishonchli, aniq boshqariladigan va takrorlanadigan sharoitlarni yaratishga imkon beradi. Bundan farqli o'laroq, ultratovushli hammom (shuningdek, ultratovushli tozalash vositasi yoki tank sifatida ham tanilgan) juda past quvvat zichligi va tasodifiy paydo bo'ladigan kavitatsiya nuqtalari bilan ultratovushni katta suyuqlik hajmiga etkazib beradi. Bu ultratovushli vannalarni har qanday sonokimyoviy reaktsiyalar uchun ishonchsiz qiladi.
“Ultrasonik tozalash vannalari quvvat zichligiga ega, bu ultratovushli shox tomonidan ishlab chiqarilgan quvvatning kichik foiziga to'g'ri keladi. To'liq bir hil zarracha hajmi va morfologiyasi har doim ham erishilmasligini hisobga olsak, sonokimyoda tozalash vannalaridan foydalanish cheklangan. Bu ultratovushning yadrolanish va o'sish jarayonlariga jismoniy ta'siri bilan bog'liq. (Gonsales-Mendoza va boshq. 2015)

Oltin nanozarrachalar sintezi uchun yuqori samarali ultratovush apparatlari

Hielscher Ultrasonics oltin va boshqa olijanob metall nanostrukturalar kabi nanozarrachalarning sonokimyoviy sintezi (sono-sintezi) uchun kuchli va ishonchli ultratovushli protsessorlarni yetkazib beradi. Ultrasonik qo'zg'alish va dispersiya heterojen tizimlarda massa o'tkazuvchanligini oshiradi va nano-zarrachalarni cho'ktirish uchun atom klasterlarining namlanishi va keyingi yadrolanishiga yordam beradi. Nano-zarrachalarning ultratovushli sintezi oddiy, tejamkor, biologik mos, takrorlanadigan, tez va xavfsiz usuldir.
Hielscher Ultrasonics nano-o'lchamdagi tuzilmalarni shakllantirish uchun kuchli va aniq boshqariladigan ultratovushli protsessorlarni etkazib beradi, masalan, nanosherlar, nanorodlar, nanobeltlar, nano-lentalar, nanoklasterlar, yadro qobig'i zarralari va boshqalar.
Mijozlarimiz aqlli dasturiy ta'minot, rangli sensorli displey, o'rnatilgan SD-kartada ma'lumotlarni avtomatik protokollash va foydalanuvchilarga qulay va xavfsiz ishlash uchun intuitiv menyuga ega bo'lgan Hielscher raqamli qurilmalarining aqlli xususiyatlarini qadrlashadi.
Laboratoriya uchun 50 vattli qo'l ultratovush apparatlaridan 16 000 vattgacha kuchli sanoat ultratovush tizimlariga to'liq quvvat oralig'ini qamrab olgan Hielscher sizning ilovangiz uchun ideal ultratovush sozlamalariga ega. Oqimli reaktorlarda partiyaviy va uzluksiz inline ishlab chiqarish uchun sonokimyoviy uskunalar har qanday dastgoh va sanoat o'lchamida osongina mavjud. Hielscherning ultratovush uskunasining mustahkamligi og'ir yuklarda va talabchan muhitda 24/7 ishlash imkonini beradi.

Quyidagi jadvalda ultrasonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan: