科學家在水中實現了金納米粒子的製造

上圖所示是金納米顆粒附著在金納米線的螺紋上。兩種結構都是使用一種新的涉及水微滴的氧化還原反應而形成的。（圖片來源：Jae Kyoo Lee）

根據斯坦福大學的科學家們所做的一項實驗，通過設計，試驗中什麼也沒有發生而是產生了一種「令人困惑的」驚喜現象：一種利用水滴來製造金納米粒子和納米線的新方法。

4月19日在《自然通訊Nature Communications》雜誌上詳細介紹的這項技術，這是液滴化學領域的最新發現，它可能會是一種更環保的方法來生產金和其他金屬的納米顆粒。Richard Zare說，他是斯坦福大學人文系的化學家，並且也是Bio-X公司的創始人之一。

「能夠在水中做反應意味著你不必擔心污染。這是一種綠色的化學反應，」斯坦福大學自然科學系的Marguerite Blake Wilbur教授說。

貴金屬

黃金因其相對不活潑而被稱為貴金屬。與基礎金屬如鎳和銅不同，金具有抗腐蝕和氧化的能力，這是它是一種如此流行的金屬首飾的原因之一。

然而，在20世紀80年代中期，科學家們發現金的化學超然性只表現在大的或宏觀的尺度上。在納米尺度上，金顆粒具有很強的化學反應性，並成為優良的催化劑。今天，金納米結構已經在各種各樣的應用中發現了作用，包括生物成像、藥物輸送、有毒氣體檢測和生物感測器。

然而，到目前為止，唯一可靠的製備金納米顆粒的方法是將金前體氯金酸與還原劑如硼氫化鈉結合。

該反應將電子從還原劑轉移到氯金酸，從而釋放金原子。根據金原子如何聚集在一起，它們可以形成納米大小的珠子、線、棒、稜鏡等等。

金色的浪花

最近，Zare和他的同事們懷疑這種產金反應是否會與氯金酸和硼氫化鈉微、微米大小的液滴發生任何變化。微滴有多大？「這就像擠壓香水瓶，噴出微滴的霧氣，」Zare說。

從以前的實驗中，科學家們知道一些化學反應在微滴中比在較大溶液體積中進行得快得多。

事實上，研究小組觀察到，金納米粒子在微滴中生長速度快100000倍以上。然而，最引人注目的觀察是在進行一個控制實驗時，他們用微型水滴代替了還原劑——通常是釋放金粒子。

「我們感到困惑的是，我們發現金納米結構可以在不添加任何還原劑的情況下製成，」研究第一作者Jae Kyoo Lee說。

在電子顯微鏡下觀察，金納米粒子和納米線出現在樹枝上，像漿果團一樣融合在一起。

令人驚訝的發現意味著純水微滴可以用作生產金納米結構的微反應器。這是更多的證據表明，水滴中的反應與散裝水中的反應基本上不同，研究合著者Devleena Samanta說，他是Zare實驗室的一名研究生，也是該論文的合著者。

Zare說，如果這個過程可以擴大，它可以消除對潛在有害的有害物質的需求，這些有害物質會對健康造成不良影響，或者會污染水道。

目前還不清楚為什麼水微滴能夠取代這種反應中的還原劑。一種可能性是，將水轉化成微滴大大增加了其表面積，創造了在空氣-水界面形成強電場的機會，這可能促進金納米顆粒和納米線的形成。

「1升燒杯頂上的表面積小於1平方米。但是如果你把燒杯里的水變成微滴，你將得到大約3000平方米的表面積——大約半個足球場的大小，」Zare說。

該團隊正在探索利用納米結構進行各種催化和生物醫學應用的方法，並改進其技術來製造金膜。

Samanta說：「我們觀察到一個納米線網路，它可以形成一層納米線。」

來源：https://phys.org/news/2018-04-scientists-gold-nanoparticles.html

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