Synthesis and characterization of gold nanoparticles

Title - Synthesis and characterization of gold nanoparticles Il seguente lavoro è stato sviluppato presso i laboratori del Paul Scherrer Institute (PSI) di Villigen in Svizzera, dove è stata effettuata la sintesi di nanoparticelle d’ oro quasi-sferiche, e la loro caratterizzazione attraverso analisi in situ ed ex situ. Si è così potuto monitorare, in tempo reale, la formazione del picco SPR (Surface Plasmonic Resonance) nell’UV-vis, caratteristico delle nanoparticelle metalliche colloidali, che è fortemente influenzato dalla loro dimensione, forma e dall’ ambiente delle NPs. Quando il campo elettrico oscillante della luce interagisce con gli elettroni liberi della banda di conduzione delle NPs metalliche, generando un’oscillazione collettiva coerente con gli elettroni liberi, si crea una separazione di carica. Il dipolo oscillante che si forma lungo la direzione del campo elettrico della luce, raggiunge l’ampiezza massima ad una specifica frequenza dell’UV-vis. Questo fenomeno è chiamato risonanza plasmonica superficiale (SPR). Per le AuNPs quasi sferiche sintetizzate in questo lavoro, il picco della SPR cade a 522 nm, la colorazione della soluzione è un rosso rubino, indice che si sono formate nanoparticelle colloidali quasi spheriche, il cui raggio è stato calcolato essere 8-11nm. Assumendo che le NPs abbiano una forma ellissoidale (prolate shape) si è effettuata la misura dell’asse maggior e minore per almeno 100 NPs dalle immagini TEM col software Immage J, calcolando poi in excel, per ciascuna sintesi, AR (aspect ratio), l’ ESD (equivalent spherical diameter), SD (standard deviation), e CV (coefficient of variance) delle NPs disperse in soluzione. Combinado l’analisi TEM ex situ (trasmission electron microscopy) e la spettroscopia UV-vis in situ (the time risolved UV-vis spettroscopy), è stato possibile seguire la cinetica di crescita delle nanoparticelle d’oro (AuNPs) sospese in soluzione (colloidal gold nanoparticles), e correrarla alla loro morfologia. Le sintesi sono state effettuate seguendo il metodo di Turkevich (1951), controllando, pH, temperatura, potenziale di riduzione ed evoluzione dello spettro UV.vis in tempo reale. Alla soluzione calda del precursore metallico (HAuCl4) viene iniettata, in maniera rapida, una soluzione di citrato (Na3Cit), che funge da agente riducente e stabilizzante. Si sono effettuate quattro sintesi mantenendo le concentazioni dei reagenti costanti, ma abbassando il pH e la temperatura di iniezione. Sono stati, quindi, forniti dei dati cinetici sperimentali sulla sintesi delle AuNPs, utili per lo sviluppo futuro di modelli matematici e teorici che descrivano la formazione delle nanoparticelle d’oro, ma che possano essere consistenti anche per descrivere la sintesi delle nanoparticelle dei principali metalli nobili. È questa la sfida che la comunità scientifica si propone di vincere, adottando anche tecniche sofisticate e molto costose. In questo lavoro di tesi vengono presentati dei dati sulla sintesi di AuNPs attraverso un'indagine semplice ma soprattutto economica per la comprensione dei meccanismi di nucleazione e crescita delle NPs.