Kemajuan terbaru dalam metode sintetis dan aplikasi struktur nano perak

Metode Sintetis

Nanopartikel perak disintesis dengan berbagai metode, seperti metode pertumbuhan benih [21] dan metode reduksi bertahap [22]. Setiap metode memiliki kelebihan dan keterbatasan. Jadi, mengembangkan metode persiapan yang efektif masih menjadi tantangan. Karena sifatnya yang unik dan aplikasi yang luas, metode sintesis nanopartikel perak layak untuk dioptimalkan. Kami merangkum enam jenis metode preparasi termasuk metode biosintetik baru dalam karya ini. Besar harapan kami untuk dapat memberikan sedikit bantuan bagi para pekerja yang berkecimpung di bidang ini.

Persiapan Berbagai Jenis AgNP

Baru-baru ini, para peneliti fokus pada kontrol bentuk AgNP karena sifatnya yang bergantung pada morfologi [23, 24]. Sementara itu, untuk memperluas aplikasinya saat ini, persiapan nanopartikel perak dengan berbagai bentuk (seperti bentuk seperti karang [25], sangkar [26], dan nanokristal segitiga [27]) membangkitkan berbagai penelitian ilmiah. Mekanisme pembentukan dan metode preparasi yang berbeda dari nanopartikel perak telah lama dieksplorasi.

Sintesis Ag Nanocubes

Xia dkk. [28,29,30] secara besar-besaran menyiapkan sampel monodispersi nanokubus perak dengan mereduksi perak nitrat dengan etilen glikol dengan adanya poli vinil pirolidon (PVP). Dalam proses sintesis, PVP digunakan sebagai bahan pelindung yang dapat menstabilkan nanopartikel perak dispersif dan mencegah aglomerasi. Pada saat yang sama, jumlah penambahan PVP juga dapat mempengaruhi morfologi AgNPs. Oleh karena itu, penting untuk menggunakan PVP selama sintesis. Telah diketahui dengan baik bahwa pemanasan dapat memberikan lebih banyak energi reaksi yang bermanfaat untuk meningkatkan kemampuan mereduksi etilena glikol. Dengan adanya ion hidroksil, Ag ⁺ direduksi menjadi nanokubus perak. Keuntungan dari penelitian ini adalah dapat dimanfaatkan untuk menyiapkan nanokubus kristal tunggal yang homogen. Pada skala nanometer, logam yang sebagian besar berbentuk kubus berpusat muka (fcc) cenderung bernukleasi dan tumbuh menjadi partikel kembar dan berlipat ganda (MTPs) karena permukaannya dibatasi oleh aspek energi terendah pada skala nanometer [31] . Selain itu, struktur ini bermanfaat untuk diterapkan di bidang fotonik, katalisis, dan penginderaan berbasis SERS. Gambar (Gbr. 1) menunjukkan gambar SEM, TEM, dan XRD dari nanokubus perak. Kubus nano perak ini memiliki panjang tepi rata-rata 175 nm, dengan standar deviasi 13 nm. Permukaannya halus, dan semua sudut dan tepi partikel ini sedikit terpotong. Struktur ini dapat digunakan untuk sistem penghantaran obat dengan menyuntikkan obat ke sudut yang terpotong.

a Rendah dan b gambar SEM perbesaran tinggi dari nanokubus perak yang sedikit terpotong. c Gambar TEM dari kumpulan nanokubus perak yang sama. d Pola XRD dari kumpulan sampel yang sama, mengkonfirmasikan pembentukan perak fcc murni [28]

Sebuah nanopartikel perak baru diterbitkan oleh Yam et al. [32] yang memanfaatkan Cetyltrimethyl Ammonium Bromide (CTAB) sebagai surfaktan dalam larutan berair. Ion brom dapat bereaksi dengan kompleks perak amonia ([Ag (NH₃ ) ₂ < ⁺ ) untuk menghasilkan pengendapan AgBr, dan ion perak akan dilepaskan secara perlahan pada reaksi selanjutnya. Pada saat yang sama, sisa ion perak direduksi oleh glukosa, dan kubus nanosilver berukuran ~ 55 nm dibentuk dengan surfaktan yang dilapisi. Surfaktan CTAB dapat diadsorpsi pada permukaan AgNPs dengan adsorpsi fisik. Pada akun ini, aglomerasi dan pertumbuhan skala AgNPs dapat dikontrol secara efektif dengan penghambatan. Karena adanya CTAB, dimungkinkan untuk memperoleh AgNP dengan dispersi yang seragam dan ukuran yang sesuai.

Butuh waktu lama untuk menyiapkan kubus nanosilver yang dilaporkan oleh metode sintetis Xia dan Yam. Tetapi nanopartikel perak dapat dengan cepat diproduksi dengan metode gelombang mikro. Saraf dkk. [33] menyiapkan nanokubus perak dengan memanfaatkan sejumlah besar biji emas dengan adanya polielektrolit dan pemanasan gelombang mikro selama 60-120 detik. Percobaan menunjukkan bahwa polielektrolit memandu pertumbuhan partikel dalam arah kristalografi tertentu yang menghasilkan partikel segi, yaitu nanocube. Saat ini, preparasi nanopartikel perak dengan metode poliol lebih matang.

Sintesis Ag Nanowires dan Nanorods

Murphy dkk. [34] melaporkan bahwa nanorods dan nanowires dapat berhasil dibuat dengan menggunakan asam askorbat untuk mereduksi AgNO₃ dengan adanya benih Ag, template misel CTAB, dan NaOH. Diameter rata-rata benih Ag adalah 4 nm. Dalam penelitian ini, konsentrasi benih dan konsentrasi relatif basa Ag ⁺ memainkan peran kunci dalam membuat nanomaterial rasio aspek yang lebih besar. CTAB juga diperlukan untuk menyiapkan hasil batang yang tinggi. Gambar TEM (Gbr. 2) menunjukkan bentuk nanorod dan kawat nano.

a Nanorods perak yang dipisahkan bentuk dari preparasi dengan biji 0,06 mL. b Kawat nano perak yang dipisahkan bentuk [34]

Nanorods perak disiapkan oleh Lee et al. [35]. Dalam metode pertumbuhan yang dimediasi benih, partikel logam kecil disiapkan terlebih dahulu dan kemudian digunakan sebagai benih untuk persiapan nanorod. Biji perak dibuat dengan mereduksi ion perak dengan natrium borohidrida dengan adanya natrium sitrat dihidrat sebagai penstabil. Biji perak ini ditambahkan ke dalam larutan yang mengandung lebih banyak garam perak, asam askorbat (bahan pereduksi lemah), dan CTAB. Dalam penelitian ini, suhu reaksi dan pH mengontrol aspek rasio dan keseragaman batang yang dihasilkan. Peningkatan suhu reaksi menyebabkan penurunan aspek rasio nanorod perak dan peningkatan ukuran partikel monodispersi. Selain itu, peningkatan pH menunjukkan hasil yang serupa. Ketika suhu reaksi dan pH ditingkatkan, laju reduksi perak lebih lanjut meningkat. Dalam percobaan, nanorod perak dengan rasio aspek tinggi dan monodispersitas disintesis pada kondisi 30 °C dan pH 10,56. Nanorod perak disintesis dengan metode elektrokimia dari larutan AgNO₃ di hadapan polietilen glikol (PEG) oleh Zhu et al. [36]. Ditemukan bahwa konsentrasi AgNO₃ dan PEG mempengaruhi pembentukan nanorod.

Murphy dkk. menyediakan metode yang lebih baik untuk mempersiapkan kawat nano perak, tetapi cara sintetis Sun [37, 38] lebih halus. Mereka mensintesis kawat nano perak dengan mereduksi AgNO₃ dengan etilen glikol dengan adanya benih dan PVP. Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut:

Selanjutnya, AgNO₃ dan PVP yang guttatim ditambahkan ke dalam sistem reaksi, memungkinkan nukleasi dan pertumbuhan perak dan membentuk seragam bentuk dan ukuran kawat nano. Kawat nano perak dengan diameter 30–40 nm, dan panjang hingga 50 m diproduksi dengan cara ini. Efek dari berbagai kondisi reaksi (suhu, waktu reaksi, dan kondisi penyemaian) pada morfologi dan ukuran dibahas dalam ulasan ini. Gambar 3 menunjukkan bentuk dan ukuran kawat nano murni.

a Spektrum kepunahan UV-terlihat dari produk akhir sebelum dan sesudah 3 siklus sentrifugasi dan pemisahan. b SEM dan c Gambar TEM dari sampel murni kawat nano perak [37]

Dalam spektrum UV-vis (Gbr. 3a), dapat dilihat bahwa kawat nano perak menunjukkan pergeseran biru yang jelas dalam penyerapan UV-vis dibandingkan dengan sampel asli setelah pemurnian. Puncak serapan UV-vis muncul pada 380 nm. Gambar 3c menunjukkan lebar kawat nano ini adalah 40 nm. Kawat nano dengan lebar yang sama dapat diperoleh, yang merupakan keuntungan terbaik dari pekerjaan ini. Kawat nano ini dapat digunakan untuk menyiapkan film konduktif [39] dan sel surya organik yang efisien [40], dll.

Melalui studi lebih lanjut bagaimana PVP bereaksi dengan kawat nano perak, Xie et al. [41,42,43] menyimpulkan bahwa monolayer PVP bereaksi dengan kawat nano Ag melalui ikatan Ag-O. Atas dasar ini, Xie et al. [44, 45] mengamati keberadaan kembar ganda dalam eksperimen yang membuktikan Xia pada kembaran ganda adalah salah satu faktor kunci dalam pembentukan kawat nano Ag. Mengontrol jumlah awal perak nitrat atau mengurangi tingkat awal reduksi perak nitrat kondusif untuk pembentukan kawat nano perak dalam larutan [46, 47]. Metode khusus yang mereka gunakan adalah untuk mengontrol reaksi garam logam dan perak nitrat dengan menambahkan ion klorin ke larutan reaksi atau mengurangi laju pelepasan ion perak.

Tang dkk. [48] ​​mensintesis kawat nano perak yang dikontrol ukuran dengan menambahkan jaring baja tahan karat ke sistem yang memiliki konsentrasi ion lebih tinggi. Hal ini terutama bahwa mesh stainless steel dapat bereaksi dengan asam nitrat yang dapat membantu untuk mencegah korosi dari beberapa butir kristal. Dengan adanya ion klorida, mereka menyiapkan kawat nano perak yang seragam dengan menggunakan metode hidrotermal, metode gelombang mikro, dan metode eksperimental lainnya [49, 50]. Nanopartikel perak sulfida merupakan semikonduktor tipe baru yang mudah disintesis melalui reaksi ion belerang dengan ion perak. Nanopartikel perak sulfida dapat memberikan elektron dan membuat ion perak teradsorpsi pada permukaannya dan bertindak sebagai inti dan reduktor. Pada saat yang sama, atom perak juga dapat diendapkan pada permukaan Ag₂ S untuk membentuk Ag₂ Biji S@Ag dan memainkan peran reduksi katalitik sendiri, yang kondusif untuk pembentukan kawat nano perak [51].

Sintesis Ag Nanospheres

Nanopartikel perak kuasi-spherical, yang umumnya disintesis dengan metode reduksi kimia, dilaporkan banyak pekerjaan karena atom perak cenderung mudah membentuk struktur sferis selama proses sintesis nanopartikel perak. Dalam proses reduksi kimia, agen pereduksi yang umum digunakan termasuk natrium borohidrida [52], natrium sitrat [53], hidrazin hidrat [54], asam askorbat [55], dan hidrogen [56]. Dari semua tim peneliti, tim Xia adalah yang paling detail dan komprehensif dalam belajar. Untuk mendapatkan kualitas tinggi nanosfer Ag kristal tunggal [57], mereka menggunakan metode baru berdasarkan etsa basah yang berbeda dari reduksi kimia. Dengan cepat mencampur suspensi nanokubus Ag seragam dengan sejumlah kecil ferri nitrat atau larutan etsa berbasis ferricyanide, mereka dapat memotong sudut dan tepi tajam untuk membentuk nanokubus bulat atau mendapatkan nanospheres tanpa fitur tajam yang memiliki diameter yang sama dengan aslinya. kotak. Karena metode sintetis sebelumnya tidak dapat menyiapkan bola seragam yang lebih besar dari 35 nm. Khususnya, metode ini dapat digunakan untuk menghasilkan nanosfer Ag yang seragam dengan berbagai ukuran dan membuka kemungkinan baru untuk studi mendasar tentang SERS. Dalam karya ini, bola Ag dapat dibuat dengan ukuran terkecil 25 nm dan ukuran terbesar 142 nm. Gambar 4 menunjukkan bahwa nanokubus perak terukir menjadi kuasi-nanosfer.

Gambar TEM (a–c ) dari kubus Ag 42 nm yang ditutup dengan PVP ketika digores dengan volume yang berbeda dari 0,5 mM besi nitrat. a 0 L. b 10 L. c 100 L. d Distribusi ukuran dihitung dari 100 partikel di bagian a dan c [57]

AgNP yang dibuat dengan metode ini memiliki bentuk yang teratur dan ukuran yang seragam. Nanospheres perak dengan bentuk teratur dan ukuran seragam ini dapat digunakan untuk menyiapkan nanocage emas seragam yang dapat digunakan untuk pengiriman obat yang ditargetkan secara biologis [58].

Liang dkk. [59] melaporkan teknik baru untuk fabrikasi nanopartikel perak monodispersi. PEG digunakan baik sebagai pelarut dan reagen pereduksi dan PVP digunakan sebagai agen penutup untuk sintesis nanopartikel perak monodispersi. Untuk mendapatkan nanosfer yang seragam dengan diameter rata-rata 54 nm, Liang menggunakan PVP/AgNO₃ molar dengan perbandingan 8 pada 260 °C. Gambar 5 menunjukkan gambar TEM, HRTEM, dan XRD dari nanosfer perak.

a TEM dan b Gambar HRTEM dari nanosfer perak disiapkan pada 260 °C selama 24 jam dengan rasio molar PVP terhadap AgNO₃ 8, dan pola SAED (inset) dari nanosfer perak individu dengan diameter sekitar 50 nm. c Pola bubuk XRD diambil dari batch sampel yang sama [59]

Dapat dilihat bahwa ukuran Ag nanospheres seragam dari gambar TEM. Selain itu, metode sintesisnya sederhana dan dapat diterapkan pada produksi massal. Tentu saja, ada banyak makalah lain tentang studi nanosilver sferis yang juga layak dipelajari. Tetapi dalam pekerjaan ini, kami tidak akan mengulanginya. Bagian selanjutnya, kami akan menjelaskan tiga jenis metode preparasi dimana ukuran nanopartikel perak yang berbeda dibuat. Kami berharap dapat memberikan sedikit bantuan bagi para pekerja yang sedang mempelajari pengaruh ukuran dan kinerja.

Persiapan Berbagai Ukuran AgNP

Diakui secara universal bahwa nanopartikel perak dengan ukuran yang berbeda memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kinerja material. Namun demikian, kami menemukan bahwa beberapa makalah secara sistematis menggambarkan metode persiapan nanopartikel perak dengan ukuran yang berbeda. Jadi, kami memperkenalkan beberapa metode sintetis di bagian berikut dengan harapan dapat membantu seseorang yang ingin mendapatkan ukuran yang pasti.

Fabrikasi AgNP 1–10 nm

Nanopartikel perak ukuran kecil umumnya diproduksi melalui proses reduksi cepat di mana natrium borohidrida digunakan sebagai zat pereduksi, dan ukuran serta bentuk partikel yang dihasilkan tidak seragam. Shekhar dkk. [60] menyiapkan 5-10 nm perak nanopartikel dengan mencampur proporsi yang berbeda dari natrium borohidrida dan natrium sitrat yang digunakan sebagai reduktor (menggunakan natrium borohidrida untuk preferensi mengurangi nukleasi cepat dan pengurangan natrium sitrat lagi untuk menjaga pertumbuhan yang stabil). Dengan metode ini, ukuran dan bentuk AgNP yang seragam diperoleh. Tabel 1 berikut menunjukkan kondisi yang dirancang untuk sintesis nanopartikel perak dengan ukuran berbeda.

Lin dkk. [61] menyiapkan partikel perak 7-10 nm yang seragam dalam bentuk dan ukuran pada tahun 2003. Sebuah metode sintetik sederhana dijelaskan bahwa mereka lebih memilih untuk langsung menyiapkan nanopartikel perak yang tersebar sempit daripada menggunakan proses pemilihan ukuran dengan reduksi termal perak trifluoroasetat dalam isoamil eter dengan adanya asam oleat. Sintesis langsung ini secara sintetik mudah dikontrol dan dapat memperoleh AgNP dengan diameter dalam kisaran 7-10 nm dan distribusi ukuran yang sempit. Alih-alih menggunakan pendekatan tradisional yang melibatkan prekursor garam perak dan zat pereduksi dalam pelarut, prekursor sumber tunggal dalam pelarut organik digunakan dalam percobaan. Untuk alasan ini, mereka memilih perak trifluoroasetat sebagai prekursor sumber tunggal karena tersedia dan dapat direduksi secara termal menjadi logam perak pada berbagai suhu. Terakhir, mereka mengubah diameter AgNPs dengan menyesuaikan rasio molar asam oleat menjadi trifluoroasetat perak. Gambar 6 berikut menunjukkan gambar TEM medan terang dan analisis distribusi ukuran partikel yang sesuai dari AgNPs yang diperoleh pada rasio molar asam oleat/perak trifluoroasetat 10:1 untuk durasi (A, B) 30, (C, D ) 90, dan (E, F) 150 menit.

Gambar TEM bidang terang dan analisis distribusi ukuran partikel yang sesuai dari AgNPs diperoleh pada rasio molar asam oleat/perak trifluoroasetat 10:1 untuk jangka waktu (a , b ) 30, (c , d ) 90, dan (e , f ) 150 menit [61]

Cara sederhana untuk mensintesis nanopartikel perak monodispersi dengan diameter kurang dari 10 nm pada konsentrasi tinggi ditemukan oleh Yang et al. [62]. Mereka memelopori metode bahwa anilin digunakan sebagai zat pereduksi dan asam dodesil benzena sulfonat (DBSA) sebagai penstabil. Pada penambahan NaOH berlebih ke DBSA anilin AgNO₃ sistem, pembentukan nanopartikel perak hampir selesai hanya dalam 2 menit pada 90 °C (dengan hasil 94%). Selain itu, ukuran rata-rata nanopartikel perak yang dihasilkan adalah 8,9 ± 1,1 nm, dan koloid dapat disimpan lebih dari 1 tahun pada suhu kamar. Gambar 7 adalah gambar TEM, DLS, dan XRD dari AgNPs.

a , b Gambar TEM pada dua perbesaran nanopartikel perak dikumpulkan dari sistem reaksi setelah menambahkan NaOH pada 90 C selama 1 jam. c Histogram yang sesuai dari distribusi ukuran nanopartikel perak. d Pola XRD dari nanopartikel perak [62]

Metode untuk mensintesis nanopartikel perak ukuran kecil yang dijelaskan di atas semuanya dalam sistem fase cair. Namun, Zheng dkk. [63] mensintesis nanopartikel perak dengan diameter 2–4 nm dalam sistem fase padat. Mereka mensintesis luminescent dan nanopartikel perak aktif Raman dengan memanfaatkan metode reduksi termal. Gambar 8 menunjukkan distribusi ukuran, struktur, dan emisi pendaran dari nanopartikel perak 3 nm yang dibuat oleh termolisis fase padat.

Distribusi ukuran, struktur, dan emisi pendaran dari nanopartikel perak 3 nm yang dibuat menggunakan termolisis fase padat. a Gambar TEM resolusi rendah dari nanopartikel ini. b Distribusi ukuran nanopartikel ditentukan dari TEM. c Gambar TEM resolusi tinggi dari nanopartikel perak kecil menunjukkan struktur yang sangat multi-domain. d Gambar pendaran dari nanopartikel perak kecil ini diambil di bawah eksitasi laser 488 nm pada ~ 10 W/cm ² [63]

Fabrikasi AgNP 10–100 nm

Dengan iradiasi dengan elektron 6 MeV, AgNPs dengan diameter 10-60 nm disintesis oleh Bogle et al. [64] dalam campuran perak nitrat dan PVP. Metode ini memiliki banyak keuntungan seperti efisiensi persiapan, produktivitas tinggi, dan sedikit produk sampingan. Abi dkk. [65] menyiapkan nanopartikel perak dengan menggunakan iradiasi laser yang mirip dengan pekerjaan di atas. Bedanya, mereka menggunakan sodium dodecyl sulfate (SDS) sebagai capping agent untuk bercampur dengan perak nitrat dan dapat dibuat nanopartikel perak dengan ukuran 13–16 nm. Ukuran partikel dikendalikan oleh intensitas laser dan konsentrasi awal surfaktan SDS. Dengan menggunakan reduksi asam askorbat, partikel perak bulat dengan ukuran 30-72 nm disintesis oleh Qin et al. [66]. Sementara itu, ukuran nanopartikel perak menurun seiring dengan peningkatan pH sistem reaksi dari 6,0 menjadi 10,5. Ajitha dkk. [67] memanfaatkan reduksi kimia dengan menyesuaikan PH untuk mendapatkan AgNPs 14-31 nm. Mereka menggunakan etanol sebagai pelarut, natrium borohidrida sebagai reduktor, dan polivinil alkohol (PVA) sebagai capping agent. Gambar 9 menunjukkan mekanisme pembentukan nanopartikel perak ini.

Representasi skema sintesis AgNP yang dikontrol ukuran menggunakan metode reduksi kimia [67]

Demikian pula, partikel Ag dengan diameter 15-21 nm disintesis oleh Silvert, P. Y. et al. [68] yang menggunakan solusi etilen glikol-PVP untuk mengurangi perak nitrat di bawah kondisi suhu tertentu. Kuasi-nanosfer yang seragam disintesis dengan metode ini. Untuk mendeteksi kelarutan nanopartikel perak dengan ukuran yang berbeda, partikel Ag 10-80 nm disiapkan oleh Rui Ma et al. [69]. Mereka menyiapkan koloid perak dispersi dengan proses poliol yang merupakan metode persiapan matang [70]. Metode persiapan mereka didasarkan pada Silvert, P. Y, dengan mengubah jenis agen pelindung. Baru-baru ini, studi sintesis hijau sangat berapi-api dan para peneliti biasanya menggunakan asam amino atau reduksi kulit Ag ⁺ untuk mensintesis nanopartikel perak. Karena metode sintetik yang ramah lingkungan dapat mengatasi masalah yaitu produksi zat beracun dalam metode persiapan fisik dan kimia. Diantaranya, Maddinedi dkk. [71] menggunakan tirosin sebagai zat pereduksi dan capping untuk menyiapkan partikel perak 13-33 nm dengan menyesuaikan PH dari 12 hingga 10. Mandal et al. [72] memperoleh hasil yang sama. Mereka menggunakan ekstrak daun Cinnamomum tsoi sebagai zat pereduksi dan capping untuk menyiapkan partikel perak 11-31 nm dengan menyesuaikan volume ekstrak daun Cinnamomum tsoi. Gambar 10 menunjukkan pola TEM dan SAED dari AgNPs.

Gambar TEM dan pola SAED koloid volume ekstrak daun 4 ml (Ct4) (a –c ), Ct3 (d –f ), dan Ct1 (g –i ) nanopartikel [72]

Gambar 11 menunjukkan hamburan cahaya dinamis (DLS) AgNPs bahwa volume ekstrak daun divariasikan 1, 3 dan 4 ml.

Ukuran partikel rata-rata diperoleh untuk AgNPs Ct1 (a ), Ct3 (b ), dan Ct4 (c ) [72]

Tentu saja, ada banyak metode lain untuk menyiapkan partikel perak 1–100 nm. Makalah di atas hanya tipikal. Kami melakukan pekerjaan ini karena kami berharap dapat membantu seseorang yang ingin mensintesis ukuran tertentu. Kesimpulannya, persiapan nanopartikel perak harus dipandu menuju sintesis yang ramah dan ukuran yang dapat dikontrol.

Persiapan AgNP dengan Metode Biosintetik

Biosintesis nanopartikel logam menggunakan sistem biologis telah berkembang menjadi area penting nanobioteknologi. Metode biosintetik adalah kandidat yang lebih baik untuk menyiapkan AsNP karena teknik ramah lingkungan diadopsi dalam proses fabrikasinya dan produknya cocok untuk bioaplikasi. Di sini, metode biosintetik memiliki prospek untuk dikembangkan dan diteliti. Jadi, kami memiliki diskusi terperinci untuk beberapa kasus sintetis. Pada tahun 1999, Klaus et al. [73] pertama kali menggunakan Pseudomonas stutzeri untuk mensintesis nanocrystals perak dengan ukuran 200 nm. Selanjutnya, penggunaan galur lain untuk membuat nanopartikel perak telah berkembang pesat, seperti aspergillus flavus dan trichoderma. Dan Kazemi dkk. [74] berhasil mensintesis nanopartikel Ag dengan memanfaatkan Geotricum sp. Geotrikum sp. ditumbuhkan dalam medium Sabro Dextrose Agar (SDA) pada suhu 25 ± 1 °C selama 96 jam. Miselia digunakan untuk mengubah larutan perak nitrat menjadi nanosilver. Nanopartikel perak disintesis secara ekstraseluler menggunakan jamur ini (Geotricum sp.). Metode sintetik yang efisien, ramah lingkungan dan sederhana ini dapat digunakan untuk mensintesis nanopartikel Ag berukuran 30-50 nm. Karena penggunaan kondisi suhu kamar dan tidak adanya zat pereduksi yang berbahaya, kami dapat menganggap metode ini sebagai metode yang ramah lingkungan dan berbiaya rendah. Baru-baru ini, larissa et al. [75] menyiapkan nanopartikel perak dengan memanfaatkan filtrat bebas sel dari jamur nematofagus Duddingtonia flagrans. Dalam studi ini, mereka melaporkan proses biologis sederhana untuk sintesis AgNPs menggunakan jamur nematofagus D. flagrans. Dibandingkan dengan biosintesis yang murah, ramah lingkungan dan proses dengan hasil tinggi, sintesis ekstraseluler yang tidak memerlukan perlakuan tambahan untuk memisahkan partikel dari sel hidup merupakan proses yang lebih sederhana. AgNP yang dibiosintesis dan difungsikan memiliki stabilitas yang baik dan hasil yang tinggi, dan sifat antibakteri, antijamur, antivirus, dan antikanker yang sangat baik menjadikannya memiliki masa depan yang menjanjikan dalam aplikasi terapeutik, yang mempotensiasi desain eksperimental baru dalam penggunaan jamur D. flagrans.

Dapat dilihat bahwa jenis mikroorganisme biologis akan menjadi arah penelitian terbaru dalam studi nanosilver.

Properti dan Aplikasi AgNP

Sifat dan Aplikasi AgNP pada Antibakteri

Dalam beberapa tahun terakhir, sifat antibakteri dari bahan nano Ag secara bertahap membangkitkan perhatian orang dan banyak aplikasi antibakteri dilaporkan [76, 77]. AgNPs antibakteri dengan bentuk yang berbeda diteliti oleh Helmlinger et al. [78]. By studying the cytotoxicity and antibacterial effect of four types silver nanometals, it can be seen that silver nanoparticles with different shapes own equal cytotoxicity, but it has different antibacterial effect. Meanwhile, particles with a higher specific surface area are more toxic for bacteria than particles with smaller specific surface areas. The dissolution kinetics is correlated to the estimated specific surface area of the particles where particles with a higher specific surface area dissolve faster than particles with a smaller one. The difference in the dissolution rate may be exploited to synthesize silver nanoparticles with a relative higher antibacterial effect and a lower cytotoxic effect towards tissue. However, Helmlinger et al. did not give a further detail study on the antibacterial effect of different sizes of AgNPs.

The antibacterial properties of silver particles with different sizes were studied by Agnihotri et al. [60]. It can be seen that 5 nm nanoparticles have the best antibacterial properties. It was found that the smaller particles exhibited the better antibacterial properties. The Fig. 12 shows the antibacterial properties of the different-sized silver nanoparticles.

Disk diffusion tests for different-sized silver nanoparticles against the E. coli MTCC 443 strain. The zone of inhibition is highlighted with a dashed circle indicating a noticeable antibacterial effect [60]

Silver extends its antibacterial properties by combining with other materials. Research about combining with other materials included SiO₂ @Ag [79], PLLA microcapsules combined with silver nanoparticles [80], electrodeposited chrome/silver nanoparticles (Cr/AgNPs) [81], graphene quantum dot/silver nanoparticles [82], Ag-decorated polymeric micelles with curcumin [83] and so on.

All the above studies are about the antibacterial properties of AgNPs. Next, we introduced the silver nanoparticles for antimicrobial application. It was found that the silver nanoparticles can be directly utilized as antibacterial agents which have been also testified by Kujda et al. [84]. It is shown that silver particles attach to the bacteria surface inducing disintegration, which enables their penetration inside the bacteria. In the future, the antibacterial properties of silver nanoparticles should be applied in industry by combining with other materials. For example, Meng et al. [85] made silver nanoparticles adhered to multilayered film-coated silk fibers with the aim to get antibacterial application. The as-prepared silk could effectively kill the existing bacteria and inhibit the bacterial growth, demonstrating the antimicrobial activity. Moreover, the release of Ag ⁺ for the modified silk can last for 120 h, rendering the modified silk sustainable antimicrobial activity. This work may provide a novel method to prepare AgNPs-functionalized antimicrobial silk for potential applications in textile industry. Figure 13 shows the surface morphologies of pristine silk fiber and coated morphologies of silk. By the EDS analysis, we can make sure that nanosilver was coated with silk.

Surface morphologies of pristine silk fiber (a ), (PAA/PDDA)8 film-coated silk fiber (b ), and AgNPs-(PAA/PDDA)8 film-coated silk fiber (c ). Inset:SEM image with higher magnification. (d ) EDS spectrum of AgNPs-(PAA/PDDA)8 film-coated silk. The arrow indicates the point randomly selected for the EDS analysis [85]

Other people like Zulfiqar Ali Raza et al. [86] investigated single-bath fabrication and impregnation of silver nanoparticles on enzymatic pretreated cotton fabric by using starch both as reducing as well as stabilizing agent under the autoclave conditions of 103.42 kPa, 121 °C for 15 min. The silver nanoparticles impregnated cotton fabrics showed good durable antibacterial activity against Escherichia coli and Staphylococcus aureus strains. Figure 14 shows the formation mechanism of impregnation of silver nanoparticles on cotton fabric.

Schematic diagram of impregnation of silver nanoparticles on cotton fabric [86]

Recently, silver nanoparticles were coated with zirconia by Yamada et al. [87] for antibacterial prosthesis. In view of the pronounced antimicrobial properties and small toxicity of AgNPs, the biocompatible AgNPs-coated yttria-stabilized zirconia can be potentially utilized to control dental caries and periodontal disease. Maybe the inspiration about wound repair will be obtained by this study. The excellent antibacterial properties of silver nanoparticles can be revealed by the above studies. Moreover, this work will help someone who wants to do further research on antibacterial.

Properties and Applications of AgNPs on Fluorescence

Because nanomaterials with fluorescent property have a great application prospect. Many efforts have been devoted to study the fluorescent property [88, 89]. Research on fluorescent nanoparticles mainly concentrates on semiconductor particles, which are usually referred to as quantum dots. Among these, CdSe particles and ZnS particles have stronger fluorescent intensity. In spite of their broaden applications, quantum dots frequently still have some problems which are related to the intrinsic blinking of their luminescence and to toxicity issues that limit their applications in the health sciences [90]. Silver is expected to have lower toxicity and can be readily prepared reproducibly and with excellent solution stability. At the same time, Ag is readily detectable in the visible spectral region [91]. Because silver has the abovementioned advantages, the preparation of highly fluorescent silver nanoparticles is needed. Highly fluorescent silver nanoparticles were prepared by Maretti et al. [92] with a facile photochemical method, which can yield these materials with excellent long-term stability in just a few minutes. The method is used photogenerated ketyl radicals which can reduce Ag ⁺ from silver trifluoroacetate in the presence of amines. The conclusion they obtained is that the luminescence arises from particle-supported small metal clusters (predominantly Ag₂ ). Typically, silver nanoparticles show a distinct plasma band which has been between 390 and 420 nm in their past work. Due to the presence of small silver clusters, the study of the absorption band obtained was closer to 450 nm. Figure 15 shows the UV-vis absorption spectra of silver nanoparticles. Figure 16 shows the absorption (red), emission (green), and excitation (blue) spectra of Ag particles after 4 min of irradiation in tetrahydrofuran (THF) under the conditions of Fig. 15 and resuspension in toluene. From Fig. 16, we can draw the conclusion that the silver nanoparticles can emit green light. This property can be used for fluorescence diagnosis in biomedical field [93].

UV-vis absorption spectra following irradiation (350 nm, four lamps) of a toluene solution containing 2 mM silver trifluoroacetate, 2 mM I-2959, 2 mM cyclohexylamine. Reaction performed and monitored directly in a 0.7 × 0.3 cm quartz cuvette [92]

Absorption (red), emission (green), and excitation (blue) spectra of Ag particles after 4 min of irradiation in THF under the conditions of Fig. 15 and resuspension in toluene [92]

In order to distinguish these ultra-small particles, these nanoparticles which are smaller than 2 nm are usually called nanoclusters. In this size regime, metal nanoclusters become molecular species and size-dependent strong fluorescent emission can often be observed upon photoexcitation in the UV-visible range [94]. In particular, Ag nanoclusters, which show higher fluorescent intensity than Au nanoclusters in solutions, received considerable attention in the past few years owing to their great promise in a wide range of applications [95]. Fluorescent Ag nanoclusters were found to have wide applications in bio-imaging [96], chemical sensing [97, 98], fluorescence labeling [99], and single-molecule microscopy [100].

Properties and Applications of AgNPs on Catalysis

Since the addition of silver nanoparticles into reaction, the catalytic performance of the reaction has been significantly improved. Thus, nanocatalysis of silver nanoparticles has been a rapid growing research area which involves the use of nanoparticles as catalysts. As we all know, metals such as Ag, Au, Pt, and other metal ions can catalyze the decomposition of H₂ O₂ to oxygen [101]. Guo et al. found that when the AgNP colloid was added into the solution of luminol-H₂ O₂ , the chemiluminescence (CL) emission from the luminol–H₂ O₂ system could be greatly enhanced. AgNPs exhibited a better catalytic performance of CL than gold and platinum nanoparticles. The AgNPs-enhanced CL was ascribed to that AgNPs could catalyze the decomposition of H₂ O₂ to produce some reactive intermediates such as hydroxyl radical and superoxide anion. Figure 17 shows the effect of Ag colloid, Au colloid, Pt colloid, and filtrated solution of precipitated Ag colloid on luminol–H₂ O₂ CL [102].

Effect of Ag colloid (solid line), 38 nm Au colloid (dashed line), Pt colloid (dash-dot-dot line), and filtrated solution of precipitated Ag colloid (dotted line) on luminol–H₂ O₂ CL. The blank (filtrated solution of precipitated Ag colloid) signal was amplified by 100 times. Conditions:luminol, 1 × 10–4 mol/L; H₂ O₂ , 0.15 mol/L; pH 9.32 carbonate buffer for Ag, pH 12.0 NaOH for Au, pH 10.3 carbonate buffer for Pt [102]

Silver is the most popular catalyst when it has interaction with oxygen, water, carbon dioxide, ethylene, and methanol [103]. From the study that the catalytic properties of silver nanoparticles have accordingly changed can be realized. Jiang et al. [104] enhanced the catalytic properties of Ag by combining silver nanoparticles with silica spheres, and they also applied it to the detection of dye reduction. The technique to support silver particles on silica spheres effectively avoids flocculation of nano-sized colloidal metal particles during a catalytic process in the solution, which allows one to carry out the successful catalytic reduction of dyes. Figure 18 shows how the absorbance spectrum of the dyes decreases when the dyes are reduced.

a Silver nanoparticles immobilized on silica spheres are illustrated. b The absorbance spectrum of the dyes decreases as the dyes are reduced by sodium borohydride. This process is catalyzed by silver nanoparticles. The arrow marks the increase of reaction time [104]

In addition, the catalytic properties of silver also have important applications in other areas, for example, wet-spun fibers [105].

Properties and Applications of AgNPs on Surface Plasmon Resonance

In 1902, Wood found the SPR phenomenon for the first time in an optical experiment and made a brief record about that, but until in 1941, a scientist named Fano explained the phenomenon of SPR. Over the next 30 years, the theory about SPR has not been further explored nor has it been put into practical application. In 1971, Kretschmann put forward prism coupling structure that settled the foundation for the structure of SPR sensor, and SPR theory started to be widely achieved for experiments. On this basis, the surface plasma resonance effect of silver nanoparticles was explored deeply. The most successful part of the applications of plasmonic structures was in the detection of molecules. This technique has been commercialized for propagating surface plasmons (PSPs) on continuous metal films. The films are chemically functionalized to selective bind target molecules like DNA strands or proteins. Upon binding the target molecule, the dielectric environment is altered around the surface of the metal film. Consequently, binding can be monitored by measuring the change in coupling geometry (i.e., the angle) between the metal film and the excitation source needed to generate PSPs [106, 107]. This technique plays a key role, and a number of commercially available instruments are widely used today in the biological sciences [108].

Recently, the combination of silver nanoparticles with other materials to improve their surface plasmon resonance performance is another way of development. The nanosilver particles were bonded with starch by Vasileva et al. [109], and the materials were applied as a surface plasmon resonance-based sensor of hydrogen peroxide. Figure 19 shows the change of hydrogen peroxide decomposition.

a Change of the LSPR absorbance strength with time due to the introduction of 10–3 mol/L H₂ O₂ solution in the as-synthesized Ag-NPs solution at a volume ratio 1:1.5; the inset shows the bubbles from H₂ O₂ decomposition generated by the catalytic reaction between hydrogen peroxide and starch-stabilized Ag-NPs. b UV-vis absorption spectra recorded 15 min after the introduction of hydrogen peroxide solution with different concentrations in the solution of Ag-NPs at a volume ratio 1:1.5. c relevant photographs of Ag-NPs dispersions 60 min after the introduction of hydrogen peroxide with different concentrations [109]

SPR has a wide range of applications in other fields such as life science, medical testing, drug screening, food testing, environmental monitoring, and forensic identification.

The SPR technology becomes an indispensable part in the field of biological chemistry, food, and drug monitoring. The applications of SPR biosensors will be more diversified. And especially its emerging application in small molecule detection and lipid field will make it play an increasingly important role in the film and biology. In recent years, its development is particularly rapid. With the continuous improvement of SPR instruments and the continuous enhancement of biological membrane construction capability, SPR biosensor has a bright future.

Applications of AgNPs on Nanosensors

Due to the great research prospect of silver nanoparticles in nanosensors, many researchers have devoted to study it [110, 111]. So, we pick three representative examples to write in detail. Among them Zhu et al. [110] fabricated rhombic silver nanoparticles for biosensing. The rhombic silver nanoparticles were prepared by follow method. The mixed solution (polystyrene nanospheres and glass nanospheres with fluorocarbon surfactant) was coated onto the glass substrate to form a deposition mask, and then followed by hydrofluoric acid etching to remove the glass nanospheres. After that, the Ag metal thin film was deposited through the nanosphere masks using thermal evaporation or electron beam evaporation. After removal of the polystyrene nanospheres by sonication in absolute ethanol for 3 min, well-ordered rhombic AgNPs array was finally obtained on the substrates. The rhombic AgNPs array was single particle dimension of 140 nm in-plane width and 47 nm out-of-plane height. To prepare the biosensing, the Ag nanorhombuses are firstly functionalized using the self-assembly monolayer technique. Then assisting with 1-ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride, we covalently attached biotin to the carboxylate groups. The advantage of this biosensor is that the rhombic AgNPs array-based sensor with more hot spots has higher sensitivity than that of the traditional Ag triangular nanoparticles-based sensor. A detection of high sensitivity of the bio-molecule in lower concentration has been realized by means of the LSPR-based nanobiosensor. This type of biosensor will have potential applications in many fields such as medical science and biological technology. Meanwhile, M. Ghiaci et al. [111] utilized silver nanoparticles compounds as new electrochemical sensors for glucose detection. These electrochemical sensors were prepared based on synthesizing of two amine compounds bounded to silica support. The size of used AgNPs is 10 nm. The electrochemical sensor prepared by this method has a lower limit of glucose detection than other electrochemical sensors. This type of nanosensors will be more conducive to diabetes detection and treatment. Silver nanoscale sensors can also be used for environmental detection such as Li et al. [112] synthesized aza-crown ether (ACE)-modified silver nanoparticles as colorimetric sensors for Ba ²⁺ . What is more, colorimetric sensors merely need minimal instrumentation, achieve high sensitivity, and thus can make on-site detection even easier. The colorimetric sensors were synthesized by silver nanoparticles efficiently conjugated with CS₂ –ACE. ACE-modified AgNPs have good recognition of Ba ²⁺ , with the detection limit of 10 ^− 8 mol/L.

In addition to the abovementioned, silver nanosensors also have other different applications that are worth us to explore.

Other Applications

Ag nanomaterials also have many other applications in various fields, such as nanoscale detection [113] and solar cells.

Silver nanoparticle and its complex can be used for solar cells to enhance photoelectric conversion efficiency and photovoltaic performances [114,115,116].

Shen et al. [114] enhanced photovoltaic performances of polymer solar cells by incorporating Ag–SiO₂ core–shell nanoparticles in the active layer. They creatively incorporated Ag–SiO₂ core–shell nanoparticles (Ag–SiO₂ -NPs) into photo−/electro-active layers consisting of poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and phenyl-C₆₁ -butyric acid methyl ester (PCBM) in polymer solar cells (PSCs). By this way, the photovoltaic performance of PSCs have largely been enhanced. The results demonstrate a 13.50% enhancement of short-circuit photocurrent density and a 15.11% enhancement of power conversion efficiency as the weight percent of doped Ag–SiO₂ -NPs is 1.5 wt% in the active layer of corresponding PSCs. In the later research, bare silver nanoplate (Ag-nPl) were spin-coated on indium tin oxide and silica capsulated Ag-NPs were incorporated to a PBDTTT-C-T:PC71BM active layer by Shen et al. [115]. As a result, the devices incorporated with Ag-nPl and Ag@SiO₂ -NPs showed great enhancements. With the dual effects of Ag-nPl and Ag@SiO₂ -NPs in devices, all wavelength sensitization in the visible range was realized; therefore, the power conversion efficiency of PSCs showed a great enhancement of 14.0 to 8.46%, with an increased short-circuit current density of 17.23 mA cm ^− 2 . Importantly, the methodology of multiple shape combination of metallic nanoadditives improves the photovoltaic performance of PSCs very effectively compared to the single-shape method.

Thus, Ag is a promising material for the conversion of solar energy into electricity and good detection. In addition to the abovementioned, Ag also has many other applications, but it still needs people to further explore it.

Conclusions

This work reviewed the development progress of Ag nanomaterials on synthesis methods and applications. Different shapes of Ag nanostructures had been synthesized such as cubic, rod-shaped, and sphere-shaped, Ag nanostructure obtained by chemical synthesis and microwave methods were successfully prepared. In addition, different size of AgNPs have been synthesized such as 1–10 nm, 10–100 nm, AgNPs obtained by chemical synthesis, laser ablation, and green synthesis. Meanwhile, it has been successfully applied to many fields, such as antibacterial, fluorescence, catalysis, SPR, and nanosensors, and it is expected to use in other fields. In fact, there are still limitations for their practical applications in photoelectric and medical fields because it often requires complex preparation process, and the yield is very low. In most cases, AgNPs are easy to agglomerate, which will greatly reduce its optical properties. Therefore, it is necessary to utilize surface active agent to achieve a good effect. Although, there are so many challenges, the advances in nanoscience and nanotechnology of silver still promise a better future for many kinds of industries. In conclusion, the future research of silver nanoparticles should be directed towards biosynthetic, size controllable, and uniform shape preparation. And the future application of AgNPs-based will be utilized in new energy battery or wearable intelligent equipment by its excellent localized surface plasmon resonance effect and antibacterial activity. In addition, AgNPs-based materials can be further utilized for applications in nanodevices by self-assembly and molecular molding technology.

Singkatan

ACE:

Aza-crown ether

Ag-nPl:

Silver nanoplate

AgNPs:

Ag nanoparticles

CL:

Chemiluminescence

CTAB:

Cetyltrimethyl ammonium bromide

DBSA:

Dodecyl benzene sulfonic acid

DLS:

Hamburan cahaya dinamis

EDS:

Energy dispersive spectroscopy

fcc:

Face-centered cubic

HRTEM:

Mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi

LSPR:

Resonansi plasmon permukaan lokal

MTCC:

The name of bacteria

MTPs:

Multiply twinned particles

P3HT:

Poli(3-heksiltiofena)

PAA:

Poly(acrylic) acid

PBDTTT-C-T:

Poly[4,8-bis((2-ethylhexyl)thiophen-5-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene-2,6-diyl]-alt-[2-(20-ethylhexanoyl)-thieno[3,4-b]thiophene-4,6-diyl]}

PC71BM:

Fullerene derivatives acceptor material C71-butyric acid methyl ester

PCBM:

Phenyl-C₆₁ -butyric acid methyl ester

PDDA:

Poly(dimethyldiallylammonium chloride)

PEG:

Polyethylene glycol

PLLA:

Poly(L-lactide)

PSCs:

Polymer solar cells

PSPs:

Propagating surface plasmons

PVA :

Poly-vinyl alcohol

PVT:

Poly-vinyl pyrrolidone

SDA:

Sabro dextrose agar

SDS:

Sodium dodecyl sulfate

SEM:

Pemindaian mikroskop elektron

SERS:

Hamburan Raman yang disempurnakan di permukaan

SPR:

Surface plasmon resonance

TEM:

Mikroskop elektron transmisi

THF:

Tetrahidrofuran

UV-vis:

Ultraviolet-visible

XRD:

difraksi sinar-X

Wawasan Baru tentang Adsorpsi CO2 pada Bahan Nano Berbasis Lapisan Ganda Hidroksida (LDH) Performa Tinggi Sel Surya PEDOT:PSS/n-Si Berdasarkan Permukaan Bertekstur dengan Elektroda AgNWs