Техника, детализированная 19 апреля в журнале Nature Communications, является последним открытием в новой области химии на капельке и могла привести к большему количеству безвредных для окружающей среды способов произвести наночастицы золота и других металлов, заявил лидер исследования Ричард Зэйр, химик в Школе Гуманитарных наук и Наук и соучредителя Стэнфорда Био-Кс.«Способность сделать реакции в водных средствах Вы не должны волноваться о загрязнении. Это – зеленая химия», сказал Зэйр, который является профессором Маргерит Блэйк Уилбур в Естествознании в Стэнфорде.
Благородный металлЗолото известно как благородный металл, потому что это относительно нереактивное. В отличие от основных компонентов сплава, таких как никель и медь, золото стойкое к коррозии и окислению, которое является одной причиной, это – такой популярный металл для драгоценностей.Около середины 1980-х, однако, ученые обнаружили, что химическая отчужденность золота только проявляет в целом, или макроскопический, весы.
В масштабе миллимикрона золотые частицы очень химически реактивные и делают превосходные катализаторы. Сегодня, золотые наноструктуры нашли роль в большом разнообразии заявлений, включая биоимиджинг, доставку лекарственных средств, токсичное газовое обнаружение и биодатчики.До сих пор, однако, единственный надежный способ сделать золотые наночастицы состоял в том, чтобы объединить золотого предшественника chloroauric кислота с уменьшающим агентом, таким как борогидрид натрия.
Реакция передает электроны от уменьшающего агента к chloroauric кислоте, освобождая золотые атомы в процессе. В зависимости от того, как золотые атомы тогда глыба вместе, они могут сформировать бусинки наноразмера, провода, пруты, призмы и больше.Брызжение золотаНедавно, Зэйр и его коллеги задались вопросом, возобновит ли эта производящая золото реакция кто-либо по-другому крошечный, капельки размера микрона chloroauric кислоты и натрия borohydide.
Насколько большой микрокапелька? «Это похоже на сжатие бутылки духов и брызгает на туман микрокапелек», сказал Зэйр.Из предыдущих экспериментов ученые знали, что некоторые химические реакции продолжаются намного быстрее в микрокапельках, чем в больших объемах раствора.Действительно, команда заметила, что золотая наночастица стала более чем в 100,000 раз быстрее в микрокапельках.
Однако самое поразительное наблюдение произошло, управляя экспериментом контроля, в котором они заменили уменьшающее вещество – который обычно выпускает золотые частицы – с микрокапельками воды.«Очень к нашему замешательству, мы нашли, что золотые наноструктуры могли быть сделаны ни с кем добавленными уменьшающими агентами», сказало исследование первый автор Джэ Киу Ли, научный сотрудник.Рассматриваемый под электронным микроскопом, золотые наночастицы и нанопроводы кажутся сплавленными вместе как грозди ягод на ветке.Неожиданное нахождение означает, что чистые водные микрокапельки могут служить микрореакторами для производства золотых наноструктур. «Это – еще больше доказательств, что реакции в водных капельках могут существенно отличаться от тех в оптовой воде», сказал соавтор исследования Девлина Саманта, бывший аспирант в лаборатории Зэйра и соавтор на бумаге.
Если процесс может быть расширен, он мог бы избавить от необходимости потенциально токсичных уменьшающих агентов, у которых есть вредные медицинские побочные эффекты, или это может загрязнить водные пути, сказал Зэйр.Все еще неясно, почему водные микрокапельки в состоянии заменить уменьшающее вещество в этой реакции. Одна возможность состоит в том, что преобразование воды в микрокапельки значительно увеличивают свою площадь поверхности, создание возможности для сильного электрического поля, чтобы сформироваться в водном воздухом интерфейсе, который может способствовать формированию золотых наночастиц и нанопроводов.«Площадь поверхности на однолитровой мензурке воды составляет меньше чем один квадратный метр.
Но если Вы повернете воду в той мензурке в микрокапельки, Вы получите приблизительно 3 000 квадратных метров площади поверхности – о размере половины футбольного поля», сказал Зэйр.Команда исследует способы использовать наноструктуры для различного каталитического и биомедицинского применения и усовершенствовать их технику, чтобы создать золотые фильмы.
«Мы наблюдали сеть нанопроводов, которые могут позволить формирование тонкого слоя нанопроводов», сказал Саманта.