En enkel och effektiv process för beläggning av silver, guld- och platinananopartiklar med funktionaliserade silikaskal vid rumstemperatur har utvecklats av A*STAR. Avgörande, till skillnad från konventionella metoder för att producera kiseldioxidbelagda metallnanopartiklar, denna process är baserad på vatten och använder inte alkohol, vilket gör det både kostnadseffektivt och miljövänligt.

Kiseldioxidbelagda ädelmetallnanopartiklar har väckt stort intresse eftersom de kan användas som katalysatorer såväl som i kalorimetriska och optiska tillämpningar. De tillverkas vanligtvis med silanprekursorer, men dessa är i allmänhet olösliga i vatten. Följaktligen, alkohol måste tillsättas till vatten för att underlätta hydrolysen av dessa prekursorer, öka produktionskostnaderna och göra processen mindre grön.

Nu, ett team under ledning av Ming-Yong Han och Shah Kwok Wei vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering har tagit fram en alkoholfri metod för att producera kiseldioxidbelagda nanopartiklar av ädelmetall.

Att göra detta, laget tog en vanlig föregångare, tetrametoxisilan (Si(OCH3)4), och substituerade en polär grupp (merkaptopropyl) för en metoxigrupp (O–CH3), vilket resulterade i en vattenlöslig prekursor. Sedan, för att göra det möjligt för denna prekursor att binda direkt med metallnanopartikelytorna, de funktionaliserade den med en tiolgrupp (–SH).

Denna process har många fördelar. Det är enkelt att implementera, effektiv, universell och lätt skalbar. Vidare, eftersom tjockleken på kiseldioxidskalet ökar med beläggningstiden, skaltjockleken kan lätt kontrolleras upp till flera tiotals nanometer.

Genom att ändra processen något, Han och hans kollegor skulle också kunna producera nanopartiklar som har hög aktivitet för en extremt känslig spektroskopisk teknik som kallas ytförstärkt Raman-spridning (SERS) och som är lovande för mycket känslig detektion i analytiska och biologiska tillämpningar. SERS är baserad på den enormt förbättrade Raman-signalen som genereras när en Raman-aktiv förening adsorberas på en metallyta. Forskarna förberedde de fluorescensfria SERS-aktiva nanopartiklarna genom att lägga Raman-aktiva molekyler mellan ädelmetallnanopartikeln och kiseldioxidskalet.

"Enkelheten i kiseldioxidbeläggningsprocessen innebär att den har stor potential för att belägga och skydda ytorna på olika typer av metallnanopartiklar, " förklarar Han. "Dessutom, de resulterande mycket negativt laddade och SERS-aktiva metallnanopartiklarna med tiolfunktionaliserade kiseldioxidskal och ytskyddande egenskaper är mycket lovande för olika tillämpningar som involverar vattenlösningar."

Särskilt, Han noterar, denna vattenbaserade väg till lättillgänglig, effektiv och funktionell kiseldioxidbeläggning av metallnanopartiklar vid rumstemperatur skulle kunna utvidgas till att belägga metalloxidnanopartiklar för gröna byggnadsapplikationer.