Forskere skaber guld nanopartikler i vand

Et eksperiment, af design, det var ikke meningen at du skulle vise noget bemærkelsesværdigt i stedet for en "forvirrende" overraskelse, ifølge Stanford-forskerne, der gjorde opdagelsen:en ny måde at skabe guld-nanopartikler og nanotråde ved hjælp af vanddråber.

Teknikken, detaljeret 19. april i journalen Naturkommunikation , er den seneste opdagelse inden for det nye felt inden for dråbe-kemi og kan føre til mere miljøvenlige måder at producere nanopartikler af guld og andre metaller på, sagde studieleder Richard Zare, en kemiker på School of Humanities and Sciences og en medstifter af Stanford Bio-X.

"At være i stand til at udføre reaktioner i vand betyder, at du ikke behøver at bekymre dig om forurening. Det er grøn kemi, " sagde Zare, som er Marguerite Blake Wilbur professor i naturvidenskab ved Stanford.

Ædelmetal

Guld er kendt som et ædelmetal, fordi det er relativt ureaktivt. I modsætning til uædle metaller som nikkel og kobber, guld er modstandsdygtigt over for korrosion og oxidation, hvilket er en af ​​grundene til, at det er så populært et metal til smykker.

Omkring midten af ​​1980'erne, imidlertid, videnskabsmænd opdagede, at gulds kemiske afstandtagen kun viser sig generelt, eller makroskopisk, vægte. På nanometerskalaen, guldpartikler er meget kemisk reaktive og udgør fremragende katalysatorer. I dag, guld nanostrukturer har fundet en rolle i en lang række applikationer, herunder bio-billeddannelse, medicin levering, giftig gasdetektion og biosensorer.

Indtil nu, imidlertid, den eneste pålidelige måde at fremstille guldnanopartikler på var at kombinere guld-precursoren chlorauric acid med et reduktionsmiddel såsom natriumborhydrid.

Reaktionen overfører elektroner fra reduktionsmidlet til chlorauric acid, frigivelse af guldatomer i processen. Afhængigt af hvordan guldatomerne så klumper sig sammen, de kan danne perler i nanostørrelse, ledninger, stænger, prismer og mere.

En sprøjt af guld

For nylig, Zare og hans kolleger spekulerede på, om denne guldproducerende reaktion ville forløbe anderledes med små, mikron-størrelse dråber af chloraurinsyre og natriumborhydid. Hvor stor er en mikrodråbe? "Det er som at klemme en parfumeflaske og sprøjte en tåge af mikrodråber ud, " sagde Zare.

Fra tidligere eksperimenter, forskerne vidste, at nogle kemiske reaktioner forløber meget hurtigere i mikrodråber end i større opløsningsvolumener.

Ja, holdet observerede, at guld nanopartikler voksede over 100, 000 gange hurtigere i mikrodråber. Imidlertid, den mest slående observation kom, mens de kørte et kontroleksperiment, hvor de erstattede reduktionsmidlet - som normalt frigiver guldpartiklerne - med mikrodråber af vand.

"Til vores store forvirring, vi fandt ud af, at guldnanostrukturer kunne fremstilles uden tilsatte reduktionsmidler, " sagde undersøgelsens første forfatter Jae Kyoo Lee, en forskningsmedarbejder.

Set under et elektronmikroskop, guld-nanopartiklerne og nanotrådene ser ud til at være smeltet sammen som bærklynger på en gren.

Det overraskende fund betyder, at mikrodråber af rent vand kan tjene som mikroreaktorer til produktion af guld nanostrukturer. "Dette er endnu et bevis på, at reaktioner i vanddråber kan være fundamentalt forskellige fra dem i bulkvand, " sagde studiemedforfatter Devleena Samanta, en tidligere kandidatstuderende i Zares laboratorium og medforfatter på papiret.

Hvis processen kan skaleres op, det kunne eliminere behovet for potentielt giftige reduktionsmidler, der har sundhedsskadelige bivirkninger, eller som kan forurene vandveje, sagde Zare.

Det er stadig uklart, hvorfor vanddråber er i stand til at erstatte et reduktionsmiddel i denne reaktion. En mulighed er, at omdannelse af vandet til mikrodråber i høj grad øger dets overfladeareal, skabe mulighed for, at et stærkt elektrisk felt kan dannes ved luft-vand-grænsefladen, som kan fremme dannelsen af ​​guld nanopartikler og nanotråde.

"Overfladearealet oven på et en-liters bæger med vand er mindre end en kvadratmeter. Men hvis du forvandler vandet i det bæger til mikrodråber, du får omkring 3, 000 kvadratmeter overfladeareal - på størrelse med en halv fodboldbane, " sagde Zare.

Holdet udforsker måder at bruge nanostrukturerne til forskellige katalytiske og biomedicinske applikationer og for at forfine deres teknik til at skabe guldfilm.

"Vi observerede et netværk af nanotråde, der kan tillade dannelsen af ​​et tyndt lag af nanotråde, " sagde Samanta.