توصیف نانوذرات طلای کلوئیدی پوشیده شده با اکسید سنتز شده توسط فرسایش لیزری در مایع
چکیده
نانو ذرات طلای کلوئیدی نانو مواد گسترده با کاربردهای بالقوه بسیار هستند ، اما تجمع آن‌ها در تعلیق یک مسئله حیاتی است که معمولا توسط سورفاکتانت های آلی منع شده است. این محلول دارای برخی اشکالات، مانند آلودگی مواد و اصلاح خواص عملکردی آن است. نانو ذرات طلا ارائه‌شده در این کار توسط تصعید لیزری فوق‌سریع در مایع سنتز شده است، که مسائل بالا توسط پوشش نانو ذرات فلزی با یک‌لایه اکسید نشان داده‌شده است. تمرکز اصلی این کار در خصوصیات نانو ذرات طلا اکسیدشده است، که اولین بار در محلول با استفاده از پراکندگی نور دینامیکی و طیف‌سنجی نوری، سپس در حالت خشک‌شده توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری، پراش اشعه ایکس، طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس، و درنهایت توسط اندازه‌گیری پتانسیل سطح با میکروسکوپ نیروی اتمی ایجادشده است. پراکندگی نور اندازه در ابعاد نانو از ذرات تشکیل‌دهنده و بینش ارائه‌شده در ثبات آن‌ها را ارزیابی کرد. اندازه نانو ذرات، توسط تصویربرداری مستقیم در میکروسکوپ الکترونی عبوری تأیید، و ماهیت بلوری آن‌ها توسط پراش اشعه ایکس آشکارشده بود. طیف بینی فوتوالکترون پرتوایکس اندازه‌گیری‌های سازگار با حضور اکسید سطح را نشان داد، که توسط اندازه‌گیری‌های پتانسیل سطح تأییدشده بود، که نقطه جدیدی از کار حاضر است. درنتیجه، روش تصعید لیزری در مایع برای سنتز نانو ذرات طلا ارائه‌شده است، و مزایای این روش فیزیکی، متشکل از پوشش نانو ذرات در محل با اکسید طلا که ثبات مورفولوژیکی و شیمیایی موردنیاز بدون سورفاکتانت های آلی را فراهم می‌کند، برای اولین بار با استفاده از اسکن میکروسکوپی کاوشگر کلوین تأییدشده است.
1.مقدمه
نانو ذرات ( NPS) طلا (Au ) در بسیاری از کاربردها [۱، ۲] از برچسب فلورسنت زیست گرا برای میکروسکوپ [۳] به زیست پزشکی حامل‌های تحویل دارو [۴] یا بردارهایی برای درمان سرطان حرارتی [۵]، در تقدیر کاربردهای الکترونیک نوری به خواص پلاسمونیک، به‌عنوان‌مثال، برای طیف‌سنجی پراکندگی رامان سطح افزایش‌یافته ( SERS) [۶، ۷] استفاده‌شده است. انواع روش‌های شیمیایی [۱۲-۸]برای آماده‌سازی طلا نانو ذرات به کار گرفته‌شده‌اند. بااین‌وجود، نانو ذرات به‌دست‌آمده با باقی‌مانده محصولات مانند عوامل کاهش‌دهنده آلوده‌شده است. تصعید لیزری متناوب (LA ) در مایع، تکنیکی است که در دهه ۱۹۹۰ بعد از کار اولیه “Henglein” و کاتن پدید آمده است، در میان دیگران [۱۳، ۱۴]، به‌تازگی به‌عنوان روشی جایگزین برای تولید طیف گسترده‌ای از نانو مواد معدنی ظهور کرده است [۱۹-۱۵].به‌طور خاص، در گروه ما بر تولید با نانو ذرات خلوص بالا، به‌عنوان‌مثال، بدون مواد شیمیایی نامطلوب در سطح آن‌ها [۲۳-۲۰] تمرکز کردیم. درواقع، مشابه تمام نانو ذرات کلوئیدی، یک مسئله مهم تجمع و / یا بی‌ثباتی نانو ذرات طلا در تعلیق است، و که این معمولا با استفاده از سورفاکتانت های آلی [۲۶-۲۴] نشان داده‌شده است. این پوشش‌های آلی مؤثر، اما آلوده به مواد هستند و ممکن است منجر به عوارض جانبی بر روی خواص عملکردی نانو ذرات، به‌خصوص ازنظر واکنش نوری آن‌ها [۲۷، ۲۸] و رفتار مکانیکی یا مورفولوژیکی هنگامی‌که مورداستفاده قرارگرفته‌اند، برای مثال، در کامپوزیت‌ها [۲۹، ۳۰] شود. یکی از راه‌های به حداقل رساندن مسائل در ارتباط با پوشش‌های آلی ارائه نانو ذرات فلزی با پوشش اکسید جایگزین به‌زودی پس از سنتز است، که نتیجه طبیعی روش تصعید لیزری توصیف‌شده در این کار [۳۱] است. نه‌تنها لایه اکسید اثر ناپذیر باثبات‌تر از لیگاند آلی ممکن، با توجه به خواص ذاتی اکسیدها (به‌عنوان‌مثال، بی‌اثری شیمیایی، پایداری حرارتی، خواص فیزیکی مانند سختی) است، بلکه آن ذاتا به سطح نانو ذرات محدودشده است. درواقع، رشد آن به مواد اثر ناپذیر اضافی به محلول کلوئیدی واردشده نیاز ندارد. درنتیجه، محصولی فاقد مواد پوشش اضافی، یا معلق در محیط یا ته‌نشین در قسمت پایین ظرف، احتمالا به علت پوشش بی‌اثر وجود ندارد. در این کار، بعد از سنتز نانو ذرات طلا با تصعید لیزری متناوب فوق‌العاده سریع از یک هدف طلا در مایع، برای اولین بار در محلول نانو ذرات، با استفاده از اندازه‌گیری‌های پراکندگی نور دینامیکی (DLS ) از هر دو اندازه و پتانسیل زتا، و همچنین به‌عنوان طیف‌سنجی “UV-vis ” توصیف کردیم. سپس، پس از رها کردن ریخته‌گری نانو ذرات طلا روی لایه‌های حمایت‌کننده جامد، حضور لایه اکسید سطحی توسط طیف بینی فوتوالکترون پرتوایکس ( XPS) ارزیابی، و اندازه نانو ذرات توسط میکروسکوپ نیروی اتمی ( AFM) تأییدشده بود. اندازه‌گیری‌های “AFM” بیشتر توسط اندازه‌گیری‌های پتانسیل سطح الکتریکی از اسکن میکروسکوپی کاوشگر کلوین (SKPM ) تکمیل‌شده بود.
Abstract
Colloidal gold nanoparticles are a widespread nanomaterial with many potential applications, but their aggregation in suspension is a critical issue which is usually prevented by organic surfactants. This solution has some drawbacks, such as material contamination and modifications of its functional properties. The gold nanoparticles presented in this work have been synthesized by ultra-fast laser ablation in liquid, which addresses the above issues by overcoating the metal nanoparticles with an oxide layer. The main focus of the work is in the characterization of the oxidized gold nanoparticles, which were made first in solution by means of dynamic light scattering and optical spectroscopy, and then in dried form by transmission electron microscopy, X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, and finally by surface potential measurements with atomic force microscopy. The light scattering assessed the nanoscale size of the formed particles and provided insight in their stability. The nanoparticles’ size was confirmed by direct imaging in transmission electron microscopy, and their crystalline nature was disclosed by X-ray diffraction. The X-ray photoelectron spectroscopy showed measurements compatible with the presence of surface oxide, which was confirmed by the surface potential measurements, which are the novel point of the present work. In conclusion, the method of laser ablation in liquid for the synthesis of gold nanoparticles has been presented, and the advantage of this physical approach, consisting of coating the nanoparticles in situ with gold oxide which provides the required morphological and chemical stability without organic surfactants, has been confirmed by using scanning Kelvin probe microscopy for the first time.
1. Introduction
Gold (Au) nanoparticles (NPs) are used in many applications [1,2], from biology-oriented fluorescent labeling for microscopy [3] to biomedical drug-delivery carriers [4] or vectors for thermal cancer treatment [5], on to optoelectronic applications thanks to the plasmonic properties, e.g., for surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy [6,7]. A variety of chemical methods [8–12] have been employed to prepare Au NPs. Nevertheless, the obtained NPs are contaminated with residual by-products such as reducing agents. Pulsed laser ablation (LA) in liquid, a technique born in the 1990s after the seminal work of Henglein and Cotton, among others [13,14], has recently emerged as an alternative approach for the generation of a wide range of inorganic nanomaterials [15–19]. In particular, in our group we focused on the production of high-purity NPs, i.e., without undesired chemicals on their surface [20–23]. Indeed, the same as for all colloidal NPs, one critical issue is the aggregation and/or instability of Au NPs in suspension, and this is usually addressed by means of organic surfactants [24–26]. These organic coatings are effective, yet contaminate the material and may give rise to side effects on the functional properties of the NPs, especially in view of their optical response [27,28] and mechanical or morphological behavior when used, for example, in composites [29,30]. One way to minimize the issues correlated with the organic coating is to provide the metal NPs with an alternative oxide coating soon after synthesis, which is the natural result of the LA technique described in this work [31]. Not only is the oxide passivating layer more stable than any possible organic ligand, due to the intrinsic properties of oxides (i.e., chemical inertness, thermal stability, physical properties such as hardness), but also it is intrinsically limited to the NP surface. In fact, its growth does not require additional passivating material to be inserted into the colloidal solution. As a consequence, there exists no extra coating substance, either suspended in the medium or deposited on the vessel bottom, possibly due to ineffective coating. In this work, after synthesizing the Au NPs by ultra-fast pulsed LA of an Au target in liquid, we characterized the NPs first in solution, by means of dynamic light scattering (DLS) measurements of both size and zeta-potential, as well as UV-vis spectroscopy. Then, after drop-casting the Au NPs onto solid supporting substrates, the presence of the surface oxide layer was assessed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and the NPs’ size was confirmed by atomic force microscopy (AFM). The AFM measurements were further complemented by electrical surface potential measurements of scanning Kelvin probe microscopy (SKPM).
چکیده
1.مقدمه
2.نتایج
3.بحث
4.مواد و روش‌ها
۴.۱. نانو ذرات طلا بررسی‌شده
۴.۲. تکنیک‌های خصوصیات نانو ذرات
Abstract
1. Introduction
2. Results
3. Discussion
4. Materials and Methods
4.1. Au NPs Investigated
4.2. NPs Characterization Techniques
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه