Name: multifunctional hybrid fe2o3-au nanoparticles for efficient plasmonic heating
Uploaded: 2016-02-20T16:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 4 s
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Die finanzielle Unterstützung dieser Arbeit wurde vom Department of Energy DOE- Laboratory Directed Research &amp; Development (LDRD) Strategic Initiative Programm zur Verfügung gestellt. Wir danken Herrn Henry Sessions, und Herr Charles Shick für ihre Zeit und Know-how die uns mit unseren Experimenten zu unterstützen.

1. Nanomaterialien Syntheseprotokoll <ol><li> Bereiten Sie eine Stammlösung von Fe 2 O 3 von 25 mm. Hinweis: Alle Stammlösungen werden VE-Wasser zubereitet werden, sofern nicht anders angegeben. </li><li> Nehmen Sie einen 25-ml-Erlenmeyerkolben. </li><li> In 10 ml deionisiertem (DI) Wasser und einen Rührstab, und legen Sie es auf einem Heizblock. </li><li> 100 l Fe 2 O 3-Stammlösung (25 mM) zu diesem Kolben. </li><li> Die Lösung wird während etwa 5 Minuten lang gerührt wurde. </li><li> Herstellung von 10 ml 1% Natriumcitrat 0,1 g Natriumcitrat auf 10 ml Wasser gelöst. </li><li> 1 ml der 1% igen Natriumcitrat-Lösung zu 25 ml Kolben, der das Fe 2 O 3 enthaltenden wäßrigen Lösung. </li><li> Bringen Sie die Lösung zum Sieden (100 ° C). </li><li> In 250 ul 0,01 M Chlorwasserstoffsäure. </li><li> Weiterhin die Lösung bei 100 ° C für 10 min erwärmt wird. Nach einigen Minuten (2-3 min), wird die Lösung rot / braune indicating, die Au-Nanopartikel hergestellt werden. </li><li> Entfernen Sie die Lösung aus dem Heizblock und lassen Sie es bei Raumtemperatur (ca. 20 ° C) (1-2 Stunden), um sich abzukühlen. </li><li> Reinige den Proben durch Zentrifugation für 7 min bei 4700 × g. </li><li> Entfernen Sie den Überstand der zentrifugierten Proben. </li><li> Re-zerstreuen die zentrifugiert Nanopartikel in DI-Wasser, bis zu 10 ml. </li></ol> 2. Nanopartikel Charakterisierung <ol><li> SEM / EDX Charakterisierung: <ol><li> Zeigen 1-2 ul zentrifugiert Nanopartikel auf einem Kupfergitter und lassen es für 1 Stunde trocknen lassen. </li><li> Zeigen Probe in einen sauberen Behälter und bringen Sie es zum REM / EDX zur Charakterisierung. 11,12 </li></ol></li><li> UV-Vis Charakterisierung: <ol><li> Schalten Sie die UV-Vis und lassen Sie es für 10-15 Minuten, um sich aufzuwärmen. </li><li> Nehmen Sie einen Verweis DI-Wasser-Spektrum. </li><li> Zeigen 1 ml der wässrigen Lösung der Nanopartikel in einem Methacrylat Küvetteund notieren Sie die UV-Vis-Spektren über Wellenlängen λ = 300 - 1000 nm. </li><li> Vermeiden der Sättigung des Signals durch die maximale Absorption zu halten weniger als ~ 1.2. Wenn die beobachtete maximale Absorption größer ist, reduzieren Sie die Peakhöhe durch Verdünnen der Probe oder eine kürzere Weglänge Küvette verwenden. Hinweis: Die Oberflächenplasmonen Band von Au (λ ≈ 525 nm) werden leicht beobachtet. </li></ol></li><li> magnetische Manipulations <ol><li> Platz 3 ml der rot / braune wässrige Proben von magnetischen / plasmonischen Nanostrukturen in Methacrylat-Küvetten. </li><li> Legen Sie eine im Handel erworben Magnet (~ 100 Gauß) in der Nähe des Küvetten. Hinweis: Innerhalb weniger Minuten alle magnetischen / plasmonischer Nanopartikel &quot;angehängt&quot;, um die Methacrylat-Küvetten-Seite, wo der Magnet getätigt. Lösung wurde von braun bis farblos darauf hinweist, dass die Nanopartikel ihre magnetischen Eigenschaften bleiben auch nach Au auf Fe abgeschieden 2 </sub&gt; O 3 Oberfläche. </li></ol></li><li> Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) -Analyse. 13 <ol><li> Verwenden wässrige Proben von Nanopartikel-Lösungen in dieser Analyse. </li><li> Digest gereinigt Nanopartikel Proben in Salpetersäure sie eine ionische Form vor der Massenanalyse Experimente zu transformieren, indem alle Proben in Röhrchen mit einem Endvolumen von 10 ml 2% iger Salpetersäure zu übertragen. Lassen Sie 30 Minuten für die Verdauung stattfindet. </li><li> Erstellen einer Eichkurve mit bekannten Konzentrationen von Analyten von Interesse (zB Au, Fe). </li><li> Spike-Proben mit einer internen Standardlösung 10 ppb Rh und In enthält, und in der semi-quantitative Modus des ICP-MS nach den Anweisungen des Herstellers analysiert. Diese Technik beinhaltet die Analyse einer NIST-Mehrelementstandard (10 ppb und 100 ppb In Li, Mn, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, und U). </li><li> Vergleichen Sie die bestimmt Intensitäten für die serienmäßig mit dem intensities für die anderen Proben für ausgewählte Elemente ungefähre Konzentrationen zu ergeben. Zur Berücksichtigung Plasma und Instrument Verwehungen, sollten alle Proben für ein Minimum von 10 ppb Konzentration haben, dass alle Proben aufgenommen. </li><li> Bestimmen elementaren Konzentration der Analyten von Interesse für die hergestellten Lösungen mit den folgenden Schritten: <ol><li> Durchführen einer ersten Kalibrierung Validierung Probe des Mehrelementstandard (10 ppb und 75 ppb In Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, und U). </li><li> Führen anfänglichen Kalibrierung leer VE-Wasser. </li><li> Führen ICP-MS-Analyse auf zwei Probe von Interesse. </li><li> Weiter Kalibrierung Validierung Probendurchführen (10 ppb und 75 ppb In Li, Mg, Fe, Co, Sr, Cd, Bi, und U) des Multielement-Standard. </li><li> Weiter Kalibrierung leer VE-Wasser. Hinweis: Gemäß den Herstellerangaben, die ICP-MS-Messungen eine Unsicherheit von 20% aufweisen. Nanomaterial Laborarbeit wurde unter af durchgeführtume Kapuze. PSA (Kittel, Schürze, dünne mil Nitril Handschuhe für zufälligen Kontakt und Schutzbrille) und ein Gesichtsschutz sollte verwendet werden, wenn Haube Schärpe über Kinnhöhe ist. Mindest PPE erforderlich, wenn mit nanoskaligen Materialien arbeiten; Einweg-Kittel, dünn mil Nitril Handschuhe für zufälligen Kontakt und Schutzbrille mit Seitenschutz wird im Labor getragen werden, wenn Umgang mit Nanomaterialien. Nanomaterial Lager Abfälle dürfen nicht in normalen Hausmüll oder den Bach runter gesetzt werden. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. Laser-Heizung Experiment <ol><li> Schalten Sie den Laser Stromversorgung und Balance. Hinweis: Die Laserwellenlänge in diesem Experiment verwendet (λ = 532 nm) wird gewählt, um die LSPR Absorptionsspitze so eng wie möglich anzupassen. photothermische Effekte können jedoch induziert werden, unter Verwendung einer beliebigen Wellenlänge, die mit der Absorption der Nanopartikel überlappt. Die Wärmeleistung ist nur größer, wenn auf Resonanz beleuchtet. </li><li> Positionieren Sie die Balance Fenster, so dass sie do die Laser Weg nicht versperren oder die Infrarot (IR) Thermoelemente blockieren. Die IR-Thermoelemente berührungslosen Temperatursonden sind und eine freie Sicht auf die Messfläche haben muss. Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung des Versuchsaufbaus. </li><li> Entfernen Sie die Schutzabdeckungen von den IR-Thermoelemente. </li><li> Öffnen Sie die Datenerfassungs-Software-Programm und führen, um die Messung zu nennen, &quot;Warm-up.&quot; Die kundenspezifische Software-Programm sammelt die Balance und Thermoelement Widerstandswerte als Funktion der Zeit, und wenn das Programm ausgeführt wird protokolliert er diese Werte in eine Datendatei. </li><li> Führen Sie die Messung für mindestens 20 Minuten, damit das System, um sich aufzuwärmen. </li><li> Während das System aufgewärmt wird, bereiten durch Pipettieren die entsprechende Menge (3 ml) der gewünschten Lösung in ein Methacrylat-Küvette mit der Probe. Die Mengen werden dabei 3 ml Lösung für Küvetten Standard und 1 ml für Halbmikroküvetten. </li><li> Stellen Sie die Laserleistung auf den niedrigsten settIng, die einen kaum sichtbaren Strahl erzeugt, der 1,5 A für das Lasersystem wird hier verwendet. Vergewissern Sie sich, dass der Laserstrahlfleck frei ist und bleibt im Brennpunkt des IR-Thermoelement. </li><li> Platzieren der Probe auf dem Waagebalken so dass die Seite der Küvette ist senkrecht zu der IR Messstrahl von dem Thermoelement und dem Laserstrahlfleck trifft auf das Zentrum der Lösung. </li><li> Reduzieren Sie die Laserleistung, bis der Strahl nicht mehr sichtbar ist, aber nicht ausschalten die Stromversorgung. </li><li> Nach 20 Minuten ist die Aufwärmphase abgeschlossen. Stoppen Sie den Messprogramm und Ausfahrt aus der Software. </li><li> RE-ZERO um das Gleichgewicht. Öffnen Sie die Datenerfassung Software auf Ausführen und geben Sie einen Namen für die Datei erstellen. Das Experiment wird ausgeführt, nachdem die Datei zu benennen und auf &quot;Speichern&quot;. Die genauen experimentellen Routine wird, hängt von der gewünschten Information, sondern ein Modell Routine wird hier zur Verfügung gestellt. <ol><li> Starten Sie die Datenerfassung. Nach 120 Sekunden, schalten Sie die l bisaser Leistung gewünschte Einstellung (1,2 W für diese Versuche, die, wenn sie in eine ~ 20 um Fleck fokussiert entspricht ~ 3,8 × 10 5 W / cm 2). Sammeln von Daten für einen weiteren 1.000 sec, dann Laserleistung auf den Mindestwert einzustellen und Laserstromversorgung abschalten. Weiter zu den Daten für einen weiteren 1.000 Sek sammeln, bevor die Messung zu stoppen. </li></ol></li><li> Nach dem experimentellen Routine abgeschlossen ist, Ausfahrt aus dem Programm, schalten Sie alle Geräte aus, und re-cover alle Geräte. Speichern Sie die experimentellen Daten im ASCII-Format und weiteren Verarbeitung und Analyse zusätzlicher Software. </li></ol>

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Die Autoren haben nichts zu enthüllen.

Die Verwendung von optisch abstimmbaren Goldnanopartikel für Hyperthermie Studien ist eine attraktive Option, da es auf plasmonischer Erhitzen von Goldnanopartikeln tiert abgestimmt Licht zu absorbieren stark im VIS-NIR-Bereich. Eigenschaften der Plasmonen Heizung Studien hier beschrieben wurden unter Verwendung vorbereitet Labor untersucht und Eisenoxid-Gold-Hybrid-Nanomaterialien im Handel erhältlich. Eines der am häufigsten verwendeten Methoden zur kolloidalen Goldpartikel nanosphärische Herstellung umfaßt die Reduktion von Chlorgoldsäure (HAuCl 4) in Neutralstellung Gold Au (0) durch Reduktionsmittel, wie Natriumcitrat, Natriumborhydrid etc. 15,16 Die Synthese von die Gold-Nanopartikel auf Eisenoxid-Nanopartikel ist unkompliziert. Man könnte leicht die Au-Metall Größe steuern, Form und Belastung durch experimentelle Parameter zu ändern, beispielsweise Reaktionspartner Konzentrationen, Reduktionsmittel, Tenside, usw. 17. Dieser Ansatz liefert eine gute Kontrolle über Au nanoparticle Abmessungen und einheitliche Nanopartikel Verladung auf Fe 2 O 3. Andere Edelmetalle können auch durch dieses Verfahren, einschließlich Ag, Pt und Pd. 18 Ein deutlicher Vorteil dieses Verfahrens hergestellt werden, ist, dass die Reaktionsführung in Luft oder Wasser durchgeführt werden kann, und im Prinzip ist zugänglich Scaling-up. Mit kommerziellen Nanomaterialien und / oder skalierbaren-nasschemischen Verfahren ist ideal für großflächige Behandlung Anwendungen oder biologische Anwendungen, da diese Materialien leicht verfügbar und kostengünstiger als individuelle synthetisierten Materialien und Verfahren sind. Oberflächenmodifikationen dieser metallischen Nanostrukturen sind ebenfalls von Interesse in der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Eine Reihe von organischen (Tenside, bifunktionale Thiole Polymeren, Aminosäuren, Proteine, DNA) und anorganische Stoffe (Silica, andere Metalle, Metalloxide, etc.) 19 kann weiter auf diesen Oberflächen geladen oder funktionalisiert werden Nanokompositmaterialien mit verschiedenen zu erstellen Designs, Geometrien,Kompositionen und multifunktionalen Fähigkeiten, für die biologische Targeting, Wirkstofftransport, Sensorik, Bildverarbeitung, umwelttechnische Anwendungen, usw. Zusätzlich hier beschriebene photothermische Technik ist gut geeignet, um die Plasmonen Eigenschaften verschiedener Materialien zu charakterisieren, als Massetemperatur und Massemessungen relativ leicht unter Verwendung von leicht verfügbaren Geräten durchzuführen. Die einfache Probenvorbereitung und Messung ist ein deutlicher Vorteil gegenüber anderen plasmonischer Techniken / Anwendungen. Beispielsweise Techniken wie oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie und LSPR Erfassungs sind sehr empfindlich gegenüber der Herstellung von sowohl dem Substrat und dem Target, 20,21, die über Proben schwieriger Wiederholbarkeit und Vergleich macht. Ein möglicher Nachteil der photothermischen Messungen oben beschrieben ist die Temperatur, auf der Mengenwaage gemessen wird und nicht auf der Oberfläche des Nanopartikels, wo die Wärme transduziert wird. Thermo Es gibtmetry Techniken, die diese lokale Temperaturinformationen zur Verfügung stellen kann, 22-24, aber diese erfordern kompliziertere Probenvorbereitung, so dass sie schwieriger zu implementieren. Schließlich sind die hier beschriebenen Messungen leicht mit anderen Techniken kombiniert werden können (beispielsweise photokatalytischen Abbau) 9 bis photothermische Wirkungen auf verschiedene Prozesse zu bewerten. Zusammenfassend haben wir über die Synthese von Hybrid beschrieben Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel Lösungen und deren photothermischen Charakterisierung. Selbst bei einem 20 × kleineren Konzentration von Au, diese Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel können Wärme wässrigen Lösungen so effizient wie AuNPs, demonstrieren die Vorteile der Hybridmaterialien photothermisch. Darüber hinaus behalten die Hybridstrukturen die Eigenschaften der beiden Materialien, ein multifunktionales Struktur mit magnetischen und plasmonischer Eigenschaften zu schaffen. Solche Strukturen sind für biomedizinische Anwendungen interessant,8, aber viele zusätzliche Anwendungen sind denkbar.

Beginnend mit ihrer Verwendung in der alten zweifarbigem Glas, ein Gold-Nanopartikel (AuNPs) haben oft auf die Entwicklung neuer Technologien beigetragen. 2,3 Modernere Beispiele dieser Technologien Tarnmodule und Partikel enthalten, die beide und Behandlung von Krebs erkennen kann. 4,5 AuNPs haben viele bemerkenswerte Eigenschaften, aber die bemerkenswertesten unter diesen ist die Präsenz von lokalisierten Oberflächenplasmonenresonanzen (LSPRs), die als einfallende elektromagnetische Strahlung resonant Laufwerke freien Elektronen in kollektive Schwingungen, die Schaffung intensiv und sehr beschränkt elektromagnetische Felder. 6 Eine faszinierende Aspekt auftreten von LSPRs ist, dass sie abstimmbar sind. Das heißt, dass die Resonanzenergie durch Modifizieren der Form und Größe der AuNPs eingestellt werden oder indem der Brechungsindex der äußeren Umgebung ändert. Eine weitere Eigenschaft von AuNPs und Gold im Allgemeinen ist, dass sie relativ teuer sind. Während dies Gold attraktiver aus einem machenLuxus Standpunkt, für technische Anwendungen, das ist ein Nachteil und können ein Hindernis für den allgemeinen Gebrauch sein. Zwei mögliche Lösungen für dieses Problem suchen weniger teure Alternative Materialien, die ähnliche Eigenschaften wie Gold aufweisen, oder der Suche nach einem Weg, um Gold zu kombinieren mit einem anderen Material ein Verbundmaterial mit ähnlichen Eigenschaften zu schaffen, sondern kleinere Mengen des Edelmetalls. Die letztere Lösung ist vielleicht interessant, da es die Möglichkeit ermöglicht mit den physikalisch-chemischen Eigenschaften von zwei oder mehr Materialien ein multifunktionales Hybrid Nanostruktur zu schaffen. 7 Eisen (III) -oxid, Fe 2 O 3, ist ein ausgezeichneter Kandidat für eine Komponente eines solchen Gemisches, weil sie allgemein verfügbar, preiswert ist und nicht toxisch. Darüber hinaus ist die Maghemit Phase, γ-Fe 2 O 3, ist ferrimagnetischen und der Hämatit-Phase, α-Fe 2 O 3, ist schwach ferromagnetisch. Somit ist die Kombination vonGold mit Fe 2 O 3 könnte möglicherweise Nanopartikel ergeben, die plasmonischer Eigenschaften aufweisen und auch mit externen Magnetfeldern in Wechselwirkung treten, doch sind wesentlich kostengünstiger als reines Gold. Eine solche Hybridnanostruktur interessant realen Anwendungen gefunden. Beispielsweise Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel nützlich sowohl für die Krebsdiagnose und Behandlung durch Magnetresonanztomographie und photothermische Therapie bewährt. 8 in diesem Fall, Fe 2 O 3 als ein MRI-Kontrastmittel, während der Au Teil lokal einfall konvertiert Lichtabgabe von elektromagnetischer Energie während LSPR absorbiert Hitze durch. Zusätzlich haben Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel plasmonischer Verbesserung der katalytischen Umwandlung von CO in CO 2 unter sichtbarem Licht Beleuchtung gezeigt, und solche Strukturen auch für photothermische Umwandlung von Solarenergie genutzt werden kann. 9,10 ThiBericht beschreibt die Synthese von Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel eine einfache nasschemische Verfahren. Die Hybridstruktur besteht aus einem Fe 2 O 3 Kern, der mit kleineren AuNPs dekoriert ist. Wichtig ist, behält die erhaltene Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel sowohl magnetische als auch plasmonischer Eigenschaften der Bestandteilsmaterialien, die eine multifunktionelle Partikel erzeugt, die für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich sein könnte. Um die plasmonischer Anwendungen dieser Hybrid-Nanopartikeln, photothermischen Charakterisierung der Nanopartikel unter Verwendung eines Lasers Heizsystem zu veranschaulichen, wird ebenfalls beschrieben. Die photothermische Messungen zeigen, daß die Hybrid-Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel wässrigen Lösungen so effizient wie reine AuNPs in Wärme in der Lage, auch mit einer wesentlich geringeren Konzentration des Edelmetalls. Diese Ergebnisse bestätigen die Methode der Verwendung von Verbund- oder Hybridmaterialien, Kosten zu senken und erzielen größere Functionality.

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Gold(III) chloride trihydrate&amp;nbsp;&lt;/strong&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>520918&amp;nbsp;</td><td>&amp;ge;99.9% trace metals basis</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Iron(III) oxide&lt;/strong&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>544884</td><td>nanopowder, &amp;lt;50&amp;nbsp;nm particle size (BET)</td></tr><tr><td>Sodium citrate tribasic dihydrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S4641</td><td>ACS reagent, &amp;ge;99.0%&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>SEM</td><td>Hitachi&amp;nbsp;</td><td>S8200</td><td></td></tr><tr><td>TEM</td><td>Hitachi&amp;nbsp;</td><td>H95000</td><td></td></tr><tr><td>EDX</td><td>Oxford Instruments&amp;nbsp;</td><td>SDD - X-Max</td><td></td></tr><tr><td>DLS</td><td>Brookhaven Instruments</td><td>NanoBrook Omni</td><td></td></tr><tr><td>ICP-MS</td><td>Agilent&amp;nbsp;</td><td>7500s</td><td></td></tr><tr><td>UV-Vis-NIR spectrometer</td><td>Tec5 MultiSpec</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Laser, &amp;lambda; = 532 nm&amp;nbsp;</td><td>Del Mar Photonics</td><td>DMPV-532-1</td><td></td></tr><tr><td>Microgram Balance</td><td>Mettler Toledo&amp;nbsp;</td><td>XP205</td><td></td></tr><tr><td>Infrared Thermocouples</td><td>Omega Engineering</td><td>OS801-HT</td><td></td></tr></tbody></table>

multifunctional hybrid fe2o3-au nanoparticles for efficient plasmonic heating

Eines der am häufigsten verwendeten Methoden zur kolloidalen Goldpartikel nanosphärische Herstellung umfaßt die Reduktion von Chlorgoldsäure (HAuCl 4) in Neutralstellung Gold Au (0) durch Mittel, wie Natriumcitrat oder Natriumborhydrid reduzieren. Die Erweiterung dieser Methode Eisenoxid oder ähnliche Nanopartikel mit Gold-Nanopartikeln zu dekorieren multifunktionale Hybrid-Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel ist unkompliziert zu erstellen. Dieser Ansatz liefert recht gute Kontrolle über Au-Nanopartikel-Dimensionen und Laden auf Fe 2 O 3. Zusätzlich kann das Metall Au Größe, Form und Laden leicht durch Ändern experimentellen Parameter (zB Reaktantenkonzentrationen, Reduktionsmittel, Tenside, etc.) eingestellt werden. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Reaktion in Luft oder Wasser durchgeführt werden kann, und im Prinzip ist zugänglich Scaling-up. Die Verwendung solcher optisch abstimmbaren Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikeln für hyperthermia Studien ist eine attraktive Option, da es auf plasmonischer Erhitzen von Goldnanopartikeln tiert abgestimmt Licht zu absorbieren stark im VIS-NIR-Bereich. Zusätzlich zu seinen Wirkungen plasmonischer stellt nanoskaligen Au eine einzigartige Oberfläche für interessante Chemie und Katalyse. Das Fe 2 O 3 -Material bietet zusätzliche Funktionalität aufgrund seiner magnetischen Eigenschaft. Zum Beispiel könnte ein externes Magnetfeld verwendet werden, um das Hybrid-Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel nach einem katalytischen Versuch zu sammeln und zu recyceln, oder alternativ kann die magnetische Fe 2 O 3 kann für Hyperthermie Untersuchungen durch magnetische Induktion Wärme verwendet werden. Das photothermische Experiment in diesem Bericht beschriebenen Maßnahmen Masse Temperaturänderung und Nanopartikellösung Masseverlust als Funktion der Zeit Infrarot-Thermoelementen und ein Gleichgewicht sind. Die einfache Probenvorbereitung und die Verwendung von leicht verfügbaren Geräte sind deutliche Vorteile dieser Technik. Ein Nachteil ist, thbei diesen photothermische Messungen beurteilen die Schüttlösungstemperatur und nicht die Oberfläche des Nanopartikels, wo die Wärme transduziert wird und die Temperatur ist wahrscheinlich höher sein.

Materialzusammensetzung ist eine wichtige Überlegung für Hybridmaterialien. Energiedispersive Röntgenanalyse (EDX) und Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) können diese Informationen bereitzustellen. EDX-Analyse bietet semi-quantitative Daten (Abbildung 2), während ICP-MS liefert genaue, quantitative Informationen über die Elemente von Interesse. Es wird festgestellt, dass der Hybrid-Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel Fe und Au Konzentrationen von ρFe = 150 ppb und ρAu = 49 ppb. Im Vergleich dazu reines Gold-Nanopartikeln, die als Kontrolle für die photothermische Heizung verwendet werden, haben viel höhere Au-Konzentrationen ρAu = 1.100 ppb. SEM-Analyse der Morphologie der Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel (Figur 3) zeigt, Aggregate von abgerundeten, unregelmäßigen Teilchen zeigt, die mit kleineren, hell funktionalisierten erscheinen,und abgerundeten Nanopartikeln. Die grßeren Nanopartikel werden als Fe 2 O 3 bezeichnet, während die kleineren, heller als Nanopartikel Au identifiziert. Diese Art der Morphologie wird oft als &quot;verziert&quot; Nanopartikel bezeichnet. 14. In diesem Fall ist die Oberfläche des Trägerpartikel, Fe 2 O 3, mit kleineren, isoliert Au Nanoteilchen geschmückt. Die statistische Analyse der Nanopartikel zeigt, dass Fe 2 O 3 Nanopartikel einen mittleren Durchmesser von d = 40 ± 10 nm. Die Funktionalisierung von Gold-Nanopartikeln haben eine breitere Palette von Größen, mit d = 20 ± 20 nm. Dynamic Light Scattering (DLS) Messungen kann das Aggregationsverhalten quantifizieren, und festgestellt, dass der Hybrid-Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel einen durchschnittlichen hydrodynamischen Radius von DH = 243 nm mit Bevölkerung Bins bei DH = 61 nm (13%) und dh = 310 nm (87%). Darüber hinaus wird das Zeta-Potential = -16 mV bis &amp; zgr; gefunden, die die zu begrenzen könnte helfenAggregationsverhalten. Die UV-VIS-NIR-Spektrum des Hybrid Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel ist in 4A gezeigt. Ein deutlicher Absorptionspeak bei Wellenlängen λ ≈ 520 nm beobachtet, und ist mit dem LSPR Modus der Au-Nanopartikel Funktionalisieren des Fe 2 O 3 zurückzuführen. Die Wellenlänge des LSPR stimmt mit Literaturwerten für AuNPs mit ähnlichen Morphologien. 11,12 Der Plasmonen Verhalten der Hybridstrukturen ist aufgrund AuNP Bildung auf den Fe 2 O 3 unterstützt. Dies kann direkt durch UV-Vis-Spektroskopie in-situ beobachtet werden. 4B zeigt die UV-vis-Absorptionsspektren der Reaktionslösung zu verschiedenen Zeitpunkten während der Reaktion. Zunächst gibt es eine geringe Absorbanz sichtbaren Lichts auf die Fe 2 O 3 zurückzuführen Nanopartikel in der Lösung dispergiert. Im Verlauf der Reaktion, die abso<html> rbance erhöht, und nach 1,5 min, beginnt eine Spitze zu bilden, die besser als die Reaktion auf geht definiert wird. Diese Spitze ergibt sich aus LSPR Absorption und entspricht der Bildung von AuNPs und ihre Abscheidung auf dem Fe 2 O 3 Auflagefläche. Das magnetische Verhalten der Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel wird leicht durch Manipulation mit einem externen Magnetfeld beobachtet. Zunächst weist die Fe 2 O 3 -Au Lösung eine bräunliche Farbe (5B). Nachdem jedoch die Lösung in einem äußeren Magnetfeld platziert, wird die Lösung nach und nach klar über mehrere Minuten als die Summe der magnetischen Hybrid Nanopartikeln durch das Feld (5C) gesammelt wird. Die magnetische Sammlung ist reversibel, und die multifunktionale Nanopartikel kann durch Rühren der Lösung redispergiert werden, wie in den 5D und 5E gezeigt. 1 &quot;&gt; Photothermische Heizung Messungen sind in 6A gezeigt, die den Großtemperaturänderung in bestrahlte Lösung zeichnet, &amp; Delta; T, als Funktion der Zeit für die Hybrid-Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel, AuNPs und reinem entionisiertem Wasser (DI H 2 O). Das Fe 2 O 3 -Au und Au-Nanopartikeln ein fast identisches Temperaturprofil aufweisen, mit Temperaturen von mehr als 40 ° C erhöht wird. Selbstverständlich ist die Plasmonen Absorption beider Nanopartikel-Typen sind in der Lage Licht in Wärme zu transduzieren sehr effizient, aber auch die Fe 2 O 3 -Au tun dies mit einem deutlich niedrigeren Konzentration von Au, wie oben beschrieben. auf der anderen Seite, die DI H 2 O Experiment zeigt, keine Veränderung in der Temperatur, die der Temperaturanstieg in der Nanopartikellösungen zeigt, dass allein ist aufgrund der Ableitung der absorbierten elektromagnetischen Energie in den Nanopartikeln. AT in 6A beschreibt den Groß Änderung Temperature und die Temperaturen in dem bestrahlten Bereich und in der Nähe der Nanopartikel-Oberflächen können viel höher sein. 13. Die Änderung in der Masse der Lösung, &amp; Dgr; m, das von der Dampferzeugung entsteht, ist ein Indikator für diesen höheren Temperaturen. 6B &amp; Dgr; m als Funktion der Zeit zeichnet für das Hybrid Fe 2 O 3 -Au Nanopartikeln und für DI H 2 O. &amp; Delta; M für die Nanopartikellösung wesentlich größer ist als die Hintergrundverdampfungsrate, was darauf hinweist ausreichend hohe Oberflächentemperaturen Dampf mit einer signifikanten Rate zu erzeugen. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig1.jpg" /> Abbildung 1: Schematische Darstellung der Lasererwärmung Setup. Eine Küvette auf einem Mikrogramm Skala beleuchtet und durch einen Laserstrahl von oben platziert wird. Zwei IR-Thermoelemente messen die Temperatur der Küvetten und Umgebungs sind. Alle Messungen werden synchronisiert und in einem Daten collecti angemeldetauf Programm. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53598/53598fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig2.jpg" /> Abbildung 2. Repräsentative EDX-Spektrum des Hybrid Fe 2 O 3 -Au-Nanopartikel. Die Abszissenachse entspricht der Energie und die Ordinate entspricht der Anzahl von Zählungen. Peaks wurden mit dem entsprechenden Element markiert worden. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53598/53598fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 3" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig3.jpg" /> Abbildung 3. REM-Aufnahme des Hybrid Fe 2 O 3 -Au Nanopartikeln. Die larg<html> äh, dunkleren Bereiche sind Fe 2 O 3 Teilchen, die mit kleiner heller Gold-Nanopartikeln dekoriert sind. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53598/53598fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig4.jpg" width="400" /> Abbildung 4. Optische Eigenschaften. (A) UV-vis-Absorptionsspektren des Hybrid-Fe 2 O 3 -Au Nanopartikel, die breite sichtbares Licht Absorption von Fe 2 O 3 und die Plasmonen Gipfel zu den Gold-Nanopartikeln in der Nähe von 530 nm zugeschrieben zeigt. (B) Die UV-vis-Absorptionsspektren der Reaktionslösung zu verschiedenen Zeitpunkten während der Reaktion, die LSPR Absorption zeigt von AuNP Bildung in der Lösung ergeben, und auf die Fe 2 O 3 -Nanopartikeln..com / files / ftp_upload / 53598 / 53598fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/53598/53598fig5.jpg" /> Abbildung 5. Magnetische Eigenschaften Fotografien von Au-Fe 2 O 3 Nanopartikel. (A) in einer wässrigen Lösung dispergiert ist; (B) magnetische Manipulation (Zeit = 0 s); (C) Magnetische Manipulation (Zeit = 2 min); (D) Magnet entfernt; (E) Au-Fe 2 O 3 Nanopartikel folgenden magnetischen Manipulation zeigt, dass sie leicht in der wässrigen Lösung redispergiert werden können. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53598/53598fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 6" src=&quot;/files/ftp_upload/53598/53598fig6.jpg&quot; /&gt; Abbildung 6. Photothermische Experimente. Stücke, welche die (A) Änderung der Lösungstemperatur, AT, und (B) Massenverlust, Dm, als Funktion der Zeit. Die Nanopartikel (schwarze und rote Kurven) erzeugen beträchtliche AT und Dm-Werte unter Laserbeleuchtung, die deutlich größer sind als die auftretenden reinen DI H 2 O unter identischen Bedingungen (blaue Kurve). Sind <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53598/53598fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier eine größere Version dieser Figur zu sehen .</a>

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Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

We describe the synthesis and properties of multifunctional Fe2O3-Au nanoparticles produced by a wet chemical approach and investigate their photothermal properties using laser irradiation. The composite Fe2O3-Au nanoparticles retain the properties of both materials, creating a multifunctional structure with excellent magnetic and plasmonic properties.

Multifunktions-Hybrid Fe<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; -Au Nanopartikel für effiziente Plasmonische Heizung

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to ...

multifunctional-hybrid-fe2o3-au-nanoparticles-for-efficient-plasmonic

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

13.7K Aufrufe.  Savannah River National Laboratory. We describe the synthesis and properties of multifunctional Fe2O3-Au nanoparticles produced by a wet chemical approach and investigate their photothermal properties using laser irradiation. The composite Fe2O3-Au nanoparticles retain the properties of both materials, creating a multifunctional structure with excellent magnetic and plasmonic properties.

Serie: Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on photoconduction, which has been one of the most commonly used techniques for terahertz generation 1-8. Terahertz generation in a photoconductive emitter is achieved by pumping an ultrafast photoconductor with a pulsed or heterodyned laser illumination. The induced photocurrent, which follows the envelope of the pump laser, is routed to a terahertz radiating antenna connected to the photoconductor contact electrodes to generate terahertz radiation. Although the quantum efficiency of a photoconductive emitter can theoretically reach 100%, the relatively long transport path lengths of photo-generated carriers to the contact electrodes of conventional photoconductors have severely limited their quantum efficiency. Additionally, the carrier screening effect and thermal breakdown strictly limit the maximum output power of conventional photoconductive terahertz sources. To address the quantum efficiency limitations of conventional photoconductive terahertz emitters, we have developed a new photoconductive emitter concept which incorporates a plasmonic contact electrode configuration to offer high quantum-efficiency and ultrafast operation simultaneously. By using nano-scale plasmonic contact electrodes, we significantly reduce the average photo-generated carrier transport path to photoconductor contact electrodes compared to conventional photoconductors 9. Our method also allows increasing photoconductor active area without a considerable increase in the capacitive loading to the antenna, boosting the maximum terahertz radiation power by preventing the carrier screening effect and thermal breakdown at high optical pump powers. By incorporating plasmonic contact electrodes, we demonstrate enhancing the optical-to-terahertz power conversion efficiency of a conventional photoconductive terahertz emitter by a factor of 50 10.

We describe methods for the design, fabrication, and experimental characterization of plasmonic photoconductive emitters, which offer two orders of magnitude higher terahertz power levels compared to conventional photoconductive emitters.

Konstruktion, Fertigung und experimentelle Charakterisierung Plasmonic Photoconductive Terahertz-Emitter

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

Forschung

Ingenieurwesen

Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological research. Perhaps the most widely used physical force to achieve noninvasive manipulation of small particles has been dielectrophoresis(DEP).1 However, DEP on its own lacks the versatility and precision that are desired when manipulating cells since it is traditionally done with stationary electrodes. Optical tweezers, which utilize a three dimensional electromagnetic field gradient to exert forces on small particles, achieve this desired versatility and precision.2 However, a major drawback of this approach is the high radiation intensity required to achieve the necessary force to trap a particle which can damage biological samples.3 A solution that allows trapping and sorting with lower optical intensities are optoelectronic tweezers (OET) but OET's have limitations with fine manipulation of small particles; being DEP-based technology also puts constraint on the property of the solution.4,5
This video article will describe two methods that decrease the intensity of the radiation needed for optical manipulation of living cells and also describe a method for orientation control. The first method is plasmonic tweezers which use a random gold nanoparticle (AuNP) array as a substrate for the sample as shown in Figure 1. The AuNP array converts the incident photons into localized surface plasmons (LSP) which consist of resonant dipole moments that radiate and generate a patterned radiation field with a large gradient in the cell solution. Initial work on surface plasmon enhanced trapping by Righini et al and our own modeling have shown the fields generated by the plasmonic substrate reduce the initial intensity required by enhancing the gradient field that traps the particle.6,7,8 The plasmonic approach allows for fine orientation control of ellipsoidal particles and cells with low optical intensities because of more efficient optical energy conversion into mechanical energy and a dipole-dependent radiation field. These fields are shown in figure 2 and the low trapping intensities are detailed in figures 4 and 5. The main problems with plasmonic tweezers are that the LSP's generate a considerable amount of heat and the trapping is only two dimensional. This heat generates convective flows and thermophoresis which can be powerful enough to expel submicron particles from the trap.9,10 The second approach that we will describe is utilizing periodic dielectric nanostructures to scatter incident light very efficiently into diffraction modes, as shown in figure 6.11 Ideally, one would make this structure out of a dielectric material to avoid the same heating problems experienced with the plasmonic tweezers but in our approach an aluminum-coated diffraction grating is used as a one-dimensional periodic dielectric nanostructure. Although it is not a semiconductor, it did not experience significant heating and effectively trapped small particles with low trapping intensities, as shown in figure 7. Alignment of particles with the grating substrate conceptually validates the proposition that a 2-D photonic crystal could allow precise rotation of non-spherical micron sized particles.10 The efficiencies of these optical traps are increased due to the enhanced fields produced by the nanostructures described in this paper.

Plasmonic tweezers and photonic crystal nanostructures are shown to produce useful enhancements in the efficiency and orientation control of optically trapping micro- and nano-particles.

Nutzung von Plasmonic und Photonic Crystal Nanostrukturen für verbesserte Mikro-und Nanopartikel-Manipulation

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological ...

Biotechnik

Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications including contrast enhancement in novel magnetomotive imaging modalities, simultaneous capture&#160;and detection of circulating tumor cells (CTCs),&#160;and multimodal molecular imaging combined with photothermal therapy of cancer cells. These applications have stimulated significant interest in development of protocols for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with optical absorbance in the near-infrared (NIR) region and a strong magnetic moment. Here, we present a novel protocol for synthesis of such hybrid nanoparticles that is based on an oil-in-water microemulsion method. The unique feature of the protocol described herein is synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles of various sizes from primary blocks which also have magneto-plasmonic characteristics. This approach yields nanoparticles with a high density of magnetic and plasmonic functionalities which are uniformly distributed throughout the nanoparticle volume. The hybrid nanoparticles can be easily functionalized by attaching antibodies through the Fc moiety leaving the Fab portion that is responsible for antigen binding available for targeting.

Here, we describe a protocol for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with a strong magnetic moment and a strong near-infrared (NIR) absorbance. The protocol also includes antibody conjugation to the nanoparticles through the Fc moiety for various biomedical applications which require molecular specific targeting.

Synthese von Immunotargeted Magneto-Plasmonen Nanocluster

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications ...

Chemie

Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large extinction coefficients which can be tuned across the visible spectrum. Research into the plasmonic enhancement of optical transitions has become popular, due to the possibility of altering and in some cases improving photo-absorption or emission properties of nearby chromophores such as molecular dyes or quantum dots. The electric field of the plasmon can couple with the excitation dipole of a chromophore, perturbing the electronic states involved in the transition and leading to increased absorption and emission rates. These enhancements can also be negated at close distances by energy transfer mechanism, making the spatial arrangement of the two species critical. Ultimately, enhancement of light harvesting efficiency in plasmonic solar cells could lead to thinner and, therefore, lower cost devices. The development of hybrid core/shell particles could offer a solution to this issue. The addition of a dielectric spacer between a gold nanoparticles and a chromophore is the proposed method to control the exciton plasmon coupling strength and thereby balance losses with the plasmonic gains. A detailed procedure for the coating of gold nanoparticles with CdS and ZnS semiconductor shells is presented. The nanoparticles show high uniformity with size control in both the core gold particles and shell species allowing for a more accurate investigation into the plasmonic enhancement of external chromophores.

The synthesis of uniform gold nanoparticles coated with semiconductor shells of CdS or ZnS is performed. The semiconductor coating is conducted by first depositing a silver sulfide shell and exchanging the silver cations for zinc or cadmium cations.

Synthese, Charakterisierung und Funktionalisierung von Hybrid Au / CdS und Au / ZnS Kern / Schale-Nanopartikel

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large ...

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step process that finishes with Negishi coupling. Negishi coupling is a cross-coupling process in which a chemical precursor is first lithiated, followed by transmetallation with ZnCl2. The resultant organozinc compound can be coupled to a dibrominated aromatic precursor to give the conjugated monomer. Polymer films can be prepared via electropolymerization of the monomer and characterized using cyclic voltammetry and ultraviolet-visible-near infrared (UV-Vis-NIR) spectroscopy. Nanoparticles (NPs) are prepared via emulsion polymerization of the monomer using a two-surfactant system to yield an aqueous dispersion of the polymer NPs. The NPs are characterized using dynamic light scattering, electron microscopy, and UV-Vis-NIR-spectroscopy. Cytocompatibility of NPs is investigated using the cell viability assay. Finally, the NP suspensions are irradiated with a NIR laser to determine their effectiveness as potential materials for photothermal therapy (PTT).

A protocol is presented for the synthesis and preparation of nanoparticles consisting of electroactive polymers.

Elektroaktiven Polymer-Nanopartikel Teilnahmephotothermische Eigenschaften

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step ...

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

Kolloidales Synthese von Nanopatch Antennen für Anwendungen in Plasmonics und Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs within the interlayer space of semiconducting layered titania nanosheet (TNS) films was investigated here. Two types of intermediate films (i.e., TNS films containing methyl viologen (TNS/MV2+) and 2-ammoniumethanethiol (TNS/2-AET+)) were prepared. The two intermediate films were soaked in an aqueous tetrachloroauric(III) acid (HAuCl4) solution, whereby considerable amounts of Au(III) species were accommodated within the interlayer spaces of the TNS films. The two types of obtained films were then soaked in an aqueous sodium tetrahydroborate (NaBH4) solution, whereupon the color of the films immediately changed from colorless to purple, suggesting the formation of AuNPs within the TNS interlayer. When only TNS/MV2+ was used as the intermediate film, the color of the film gradually changed from metallic purple to dusty purple within 30 min, suggesting that aggregation of AuNPs had occurred. In contrast, this color change was suppressed by using the TNS/2-AET+ intermediate film, and the AuNPs were stabilized for over 4 months, as evidenced by the characteristic extinction (absorption and scattering) band from the AuNPs.

In Situ Synthesis of Gold Nanoparticles without Aggregation in the Interlayer Space of Layered Titanate Transparent Films

Here, we present a protocol for the in situ synthesis of gold nanoparticles (AuNPs) within the interlayer space of layered titanate films without the aggregation of AuNPs. No spectral change was observed even after 4 months. The synthesized material has expected applications in catalysis, photo-catalysis, and the development of cost-effective plasmonic devices.

In - situ - Synthese von Gold - Nanopartikeln ohne Aggregation zwischen die Schichten von Layered - Titanat OHP - Folien

Combinations of metal oxide semiconductors and gold nanoparticles (AuNPs) have been investigated as new types of materials. The in situ synthesis of AuNPs ...

Photodeposition of Pd onto Colloidal Au Nanorods by Surface Plasmon Excitation

A protocol is described to photocatalytically guide Pd deposition onto Au nanorods (AuNR) using surface plasmon resonance (SPR). Excited plasmonic hot electrons upon SPR irradiation drive reductive deposition of Pd on colloidal AuNR in the presence of [PdCl4]2-. Plasmon-driven reduction of secondary metals potentiates covalent, sub-wavelength deposition at targeted locations coinciding with electric field &#8220;hot-spots&#8221; of the plasmonic substrate using an external field (e.g., laser). The process described herein details a solution-phase deposition of a catalytically-active noble metal (Pd) from a transition metal halide salt (H2PdCl4) onto aqueously-suspended, anisotropic plasmonic structures (AuNR). The solution-phase process is amenable to making other bimetallic architectures. Transmission UV-vis monitoring of the photochemical reaction, coupled with ex situ XPS and statistical TEM analysis, provide immediate experimental feedback to evaluate properties of the bimetallic structures as they evolve during the photocatalytic reaction. Resonant plasmon irradiation of AuNR in the presence of [PdCl4]2- creates a thin, covalently-bound Pd0 shell without any significant dampening effect on its plasmonic behavior in this representative experiment/batch. Overall, plasmonic photodeposition offers an alternative route for high-volume, economical synthesis of optoelectronic materials with sub-5 nm features (e.g., heterometallic photocatalysts or optoelectronic interconnects).

A protocol for anisotropic photodeposition of Pd onto aqueously-suspended Au nanorods via localized surface plasmon excitation is presented.

Photodeposition von Pd auf kolloidale Au Nanostäbe durch Surface Plasmon Erregung

A protocol is described to photocatalytically guide Pd deposition onto Au nanorods (AuNR) using surface plasmon resonance (SPR). Excited plasmonic hot ...

Preparation of Silver-Palladium Alloyed Nanoparticles for Plasmonic Catalysis under Visible-Light Illumination

Localized surface plasmon resonance (LSPR) in plasmonic nanoparticles (NPs) can accelerate and control the selectivity of a variety of molecular transformations. This opens possibilities for the use of visible or near-IR light as a sustainable input to drive and control reactions when plasmonic nanoparticles supporting LSPR excitation in these ranges are employed as catalysts. Unfortunately, this is not the case for several catalytic metals such as palladium (Pd). One strategy to overcome this limitation is to employ bimetallic NPs containing plasmonic and catalytic metals. In this case, the LSPR excitation in the plasmonic metal can contribute to accelerate and control transformations driven by the catalytic component. The method reported herein focuses on the synthesis of bimetallic silver-palladium (Ag-Pd) NPs supported on ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2) that acts as a plasmonic-catalytic system. The NPs were prepared by co-impregnation of corresponding metal precursors on the ZrO2 support followed by simultaneous reduction leading to the formation of bimetallic NPs directly on the ZrO2 support. The Ag-Pd/ZrO2 NPs were then used as plasmonic catalysts for the reduction of nitrobenzene under 425 nm illumination by LED lamps. Using gas chromatography (GC), the conversion and selectivity of the reduction reaction under the dark and light irradiation conditions can be monitored, demonstrating the enhanced catalytic performance and control over selectivity under LSPR excitation after alloying non-plasmonic Pd with plasmonic metal Ag. This technique can be adapted to a wide range of molecular transformations and NPs compositions, making it useful for the characterization of the plasmonic catalytic activity of different types of catalysis in terms of conversion and selectivity.

Presented here is a protocol for the synthesis of silver-palladium (Ag-Pd) alloy nanoparticles (NPs) supported on ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2). This system allows for harvesting energy from visible light irradiation to accelerate and control molecular transformations. This is illustrated by nitrobenzene reduction under light irradiation catalyzed by Ag-Pd/ZrO2 NPs.

Herstellung von silber-palladiumlegierten Nanopartikeln zur Plasmonischen Katalyse unter sichtbarer Lichtbeleuchtung

Localized surface plasmon resonance (LSPR) in plasmonic nanoparticles (NPs) can accelerate and control the selectivity of a variety of molecular ...

Stable Aqueous Suspensions of Manganese Ferrite Clusters with Tunable Nanoscale Dimension and Composition

Manganese ferrite clusters (MFCs) are spherical assemblies of tens to hundreds of primary nanocrystals whose magnetic properties are valuable in diverse applications. Here we describe how to form these materials in a hydrothermal process that permits the independent control of product cluster size (from 30 to 120 nm) and manganese content of the resulting material. Parameters such as the total amount of water added to the alcoholic reaction media and the ratio of manganese to iron precursor are important factors in achieving multiple types of MFC nanoscale products. A fast purification method uses magnetic separation to recover the materials making production of grams of magnetic nanomaterials quite efficient. We overcome the challenge of magnetic nanomaterial aggregation by applying highly charged sulfonate polymers to the surface of these nanomaterials yielding colloidally stable MFCs that remain non-aggregating even in highly saline environments. These non-aggregating, uniform, and tunable materials are excellent prospective materials for biomedical and environmental applications.

We report a one-pot hydrothermal synthesis of manganese ferrite clusters (MFCs) that offers independent control over material dimension and composition. Magnetic separation allows rapid purification while surface functionalization using sulfonated polymers ensures the materials are non-aggregating in biologically relevant medium. The resulting products are well positioned for biomedical applications.

Stabile wässrige Suspensionen von Manganferritclustern mit abstimmbarer nanoskaliger Dimension und Zusammensetzung

Manganese ferrite clusters (MFCs) are spherical assemblies of tens to hundreds of primary nanocrystals whose magnetic properties are valuable in diverse ...

Multifunktions-Hybrid Fe

Zusammenfassung

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