디티오카바메이트로 조립된 금 나노입자

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 15273(2015) 이 기사 인용

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나노갭의 상향식 자가 조립을 위한 프로토콜은 금 나노입자(AuNP)의 분자 연결을 통해 개발되었습니다. dithiocarbamate 고정 그룹을 가진 두 개의 π-공액 올리고(페닐렌 에티닐렌) 분자(OPE)가 AuNP에 대한 리간드로 사용됩니다. 분자의 각 말단에 디티오카바메이트가 있는 OPE-4S와 단일 디티오카바메이트 말단 그룹만 있는 참조 분자 OPE-2S. OPE-4S의 연결 메커니즘은 TEM, UV-Vis 흡수 및 표면 강화 라만 분광법(SERS)의 조합을 사용하고 OPE-4S 대 AuNP 농도 비율을 변경하는 효과를 연구함으로써 조사됩니다. UV-Vis 흡수는 적색 이동과 강도가 OPE-4S:AuNP 비율에 따라 달라지는 EPB(확장 플라스몬 밴드)의 출현을 통해 AuNP 집합체의 형성을 확인합니다. SERS는 OPE-4S의 존재를 확인하고 OPE-4S:AuNP 비율이 약 4000의 비율까지 증가함에 따라 신호 강도의 점진적인 증가를 보여 주며, 그 이후에는 SERS 강도가 크게 증가하지 않습니다. OPE-2S의 경우, AuNP의 전체 적용 범위 아래에서는 연결이 관찰되지 않았는데, 이는 전체 AuNP 적용 범위를 초과하는 높은 OPE-2S:AuNP 비율에서 관찰된 응집체 형성이 물리적 특성(반 데르 발스 힘 또는 π- π 상호작용).

한 쌍의 금속 전극이 분자 크기로 분리되는 분자 나노갭 접합의 제어된 제조는 나노과학의 근본적인 과제이며 현재 산업 규모의 미세 가공 계획의 능력을 넘어서는 것입니다. 이러한 나노갭 구조는 분광학1, 플라즈몬학2 및 분자 전자공학3,4 등에서 응용 가능성을 보여줍니다. 기계적으로 제어 가능한 브레이크 접합1,5 및 스캐닝 프로브 방법6,7과 같은 고급 하향식 접근 방식은 분자 나노갭 접합4,8의 구성에 성공적인 것으로 입증되었습니다. 그러나 이러한 방법은 일반적으로 처리량이 낮고 확장성이 부족하며 영구적인 나노갭을 생성하지 못하는 문제가 있습니다. 반대로, 분자 규모의 나노갭은 잠재적으로 자기 조립 원리를 사용하여 상향식에서 대량으로 높은 수율로 생산될 수 있습니다3,9. 특히, 금속 나노입자(NP)를 이량체10,11 및 기타 구조로 분자 조립하는 것은 나노갭 접합 제조를 향한 가능한 경로로 입증되었습니다. 그럼에도 불구하고 콜로이드 입자의 제어된 자기 조립에는 용매 효과, pH 값 및 표면 특성과 같은 다양한 요소를 신중하게 고려해야 합니다. 자기 조립 단층(SAM) 코팅 및 말단기 기능의 변화(예: 하전된 종에서 비극성 그룹으로)와 같은 AuNP 표면 특성의 작은 변화는 표면 에너지에 극적인 영향을 미치므로 응집에 대한 AuNP의 안정성. 한 가지 특별한 과제는 분자(광)전자 공학에 사용하기 위한 분자 나노갭 접합의 상향식 조립에 관한 것입니다. 이 접근법은 기능성, 일반적으로 π-공액 분자가 나노갭에 삽입되어야 하며, 이는 용해도 문제로 인해 자가 조립 공정을 심각하게 방해합니다. 본 논문에서는 링커와 AuNP 농도의 비율을 변경하는 효과를 조사했습니다. 표시된 것처럼 이 비율은 함께 연결된 AuNP의 양과 분포에 영향을 미칠 수 있습니다. 후자는 연결된 나노갭의 상향식 합성을 제어하는 ​​데 중요합니다.

또한, 여기서 제안된 방법은 π-공액 올리고(페닐렌 에티닐렌) 분자(OPE)를 사용하여 금 나노입자(AuNP)를 공유 연결하기 위한 다목적 합성 경로입니다. OPE는 일반적으로 사용되는 티올19,20에 대한 좋은 대안임이 입증된 dithiocarbamate 고정 그룹(그림 1A)으로 양쪽 끝에서 종료됩니다. 디티오카바메이트 나트륨 그룹의 전하 특성은 메탄올 및 콜로이드 수용액에서 OPE 와이어의 용해를 촉진하는 동시에 AuNP에 대한 안정적인 공유 결합을 보장합니다. 조립 공정은 흡수 분광법(UV-Vis), 투과 전자 현미경(TEM)과 함께 표면 강화 라만 분광법(SERS)을 사용하여 특성화되었으며 링커 분자와 AuNP 농도 사이의 비율의 함수로 조사되었습니다.