Sintesis Berbagai Ukuran Nanopartikel Emas dengan Metode Reduksi Kimia dengan Polaritas Pelarut Berbeda
Abstrak
Protokol yang rumit dan ketat diikuti untuk menyesuaikan ukuran nanopartikel emas (GNPs) dalam metode sintesis kimia. Dalam penelitian ini, kami membahas polaritas pelarut sebagai alat untuk menyesuaikan ukuran GNP dalam metode reduksi kimia. Efek dari berbagai indeks polaritas media reaksi pada sintesis nanopartikel emas dengan metode reduksi kimia telah diselidiki. Etanol sebagai pelarut polar, campuran etanol-air sebagai media reaksi, asam L-askorbat sebagai reduktor, dan polivinilpirolidon sebagai penstabil digunakan untuk mensintesis GNP. Indeks polaritas media reaksi diatur dengan mengubah rasio volume etanol dengan air. Karakterisasi UV–Vis, hamburan cahaya dinamis (DLS), dan mikroskop elektron transmisi (TEM) mengungkapkan bahwa pertumbuhan nanopartikel meningkat secara bertahap (~ 22 to 219 nm diameter hidrodinamik) dengan penurunan nilai indeks polaritas media reaksi (~ 8,2 sampai 5.2). Selanjutnya, indeks polaritas media reaksi yang tinggi menghasilkan nanopartikel yang lebih kecil dan bulat, sedangkan indeks polaritas media reaksi yang lebih rendah menghasilkan ukuran GNP yang lebih besar dengan bentuk yang berbeda. Hasil ini menyiratkan bahwa mekanisme pertumbuhan, perakitan, dan fenomena agregasi ligan atau GNP yang tertutup penstabil sangat bergantung pada polaritas molekul pelarut. Menggunakan metodologi yang diusulkan, berbagai ukuran GNP yang luas dengan ukuran morfologi yang berbeda dapat disintesis hanya dengan memodulasi persentase volume pelarut organik dalam media reaksi.
Pengantar
Nanopartikel emas (GNPs) diakui sebagai kandidat potensial di banyak bidang aplikasi sains dan teknik termasuk terapi medis [1], penghantaran obat [2], penginderaan kimia [3, 4], katalisis [5], dan elektronik [6] aplikasi karena ukuran dan resonansi plasmon permukaan yang bergantung pada bentuk (SPR) [7], afinitas dengan spesies organik dan sifat konduktivitas listrik yang tinggi [8] dari GNP. Mempertimbangkan permintaan GNP yang meningkat secara eksponensial, jauh lebih banyak perhatian diberikan untuk mensintesis nanopartikel monodispersi dengan ukuran dan morfologi yang dapat dikontrol. Sejumlah prinsip desain telah diusulkan untuk mengontrol sifat-sifat GNP dengan memasukkan reaktan yang berbeda, zat penstabil atau ligan [9], kondisi reaksi termasuk suhu, pH, dan konsentrasi [4], dan media terdispersi (seperti berbagai jenis pelarut) [10].
Dalam sintesis kimia GNP, metode Turkevich adalah metode yang menjanjikan dibandingkan dengan yang lain. Dalam metode Turkevich, Au
3+
ion direduksi oleh reduktor ringan seperti sitrat [11], asam askorbat [12], dan asam tanat [13] dalam media berair. Dalam proses ini, GNP berukuran relatif kecil dan biokompatibel diproduksi. Namun, kelemahan utama dari metode ini adalah protokol proses yang sangat terkontrol (suhu, konsentrasi, dan pH) yang harus diikuti secara ketat untuk menghasilkan partikel monodispersi dengan ukuran yang diinginkan. Selanjutnya, dalam media berair murni, pelabelan GNP oleh molekul obat organik dan modifikasi permukaan dengan ligan yang berbeda sulit dilakukan karena kelarutan dan hidrofobisitas komponen organik dalam air yang lebih rendah [14]. Oleh karena itu, perhatian diberikan untuk mengatasi keterbatasan metode Turkevich ini dengan mengoptimalkan media reaksi yang secara signifikan mengontrol sifat-sifat pelarut.
Pelarut berperan penting dalam pertumbuhan dan perakitan partikel nano dalam proses sintesis koloid. Interaksi antara permukaan nanopartikel dan molekul pelarut atau interaksi antara molekul pelarut dan molekul ligan sangat mempengaruhi ukuran partikel akhir dan morfologi [15, 16]. Umumnya, dengan tidak adanya ligan pasif atau zat capping, kekuatan lapisan ganda listrik yang mengontrol pertumbuhan partikel secara dominan diatur oleh sifat molekul pelarut. Pada medium terdispersi dengan indeks polaritas tinggi, sejumlah besar ion bermuatan diserap oleh permukaan nanopartikel, dimana lapisan ganda listrik yang kuat terbentuk di sekitar partikel koloid [17]. Akibatnya, potensi zeta partikel meningkat, dan partikel dicegah dari agregasi dengan saling tolak menolak. Namun, muatan permukaan di sekitar nanopartikel dapat dimanipulasi oleh polaritas pelarut, dan interaksi antar partikel dikontrol sebelum mengoptimalkan ukuran dan bentuk [18]. Misalnya, Lagu dkk. menghasilkan kisaran 1–6 nm dari GNP yang tertutup tiol dalam polaritas yang berbeda dari pelarut organik [19]. Meskipun beberapa pekerjaan telah diusulkan untuk mengoptimalkan ukuran GNP dalam polaritas pelarut yang berbeda, ukuran partikel akhir terletak antara kisaran kecil (kurang dari 20 nm) yang tidak dapat sepenuhnya memenuhi aplikasi utama GNP seperti untuk terapi dan penghantaran obat. .
Di sisi lain, dengan adanya ligan dalam media reaksi, interaksi antara molekul pelarut dan ligan sangat mempengaruhi pertumbuhan dan perakitan nanopartikel. Studi serupa menunjukkan bahwa molekul ligan organik pelarut media non-air dalam larutan koloid melindungi nanopartikel dari pertumbuhan lebih lanjut dan agregasi untuk sebagian besar [20, 21]. Namun, dalam keadaan tertentu seperti pada konsentrasi yang lebih tinggi, berat molekul yang lebih tinggi dan panjang ligan yang tinggi dapat menyebabkan agregasi atau pertumbuhan yang tinggi pada nanopartikel koloid. Khususnya, perbedaan tingkat pembengkakan dan pemanjangan molekul ligan dalam polaritas pelarut yang berbeda dengan mudah memicu pertumbuhan dan perakitan nanopartikel dalam sintesis koloid [22]. Namun, efek negatif ini dapat diubah sebagai alat untuk menumbuhkan nanopartikel dengan ukuran yang dapat dikontrol. Lebih dari keterlibatan langsung pelarut dalam pertumbuhan nanopartikel, konsep mengatur sifat ligan menggunakan pelarut memungkinkan untuk mensintesis GNP dengan berbagai skala ukuran.
Mempertimbangkan proposisi tersebut di atas, penelitian ini mengusulkan metode untuk mengoptimalkan ukuran dan morfologi GNP dengan mengontrol ligan atau stabilizer dan muatan permukaan menggunakan indeks polaritas media reaksi sebagai alat. Dalam penelitian ini, GNP disintesis melalui metode reduksi kimia menggunakan asam L-askorbat sebagai reduktor dan PVP sebagai stabilisator. Dibandingkan dengan molekul air, indeks polaritas etanol (pelarut organik polar terpilih dalam penelitian ini) lebih rendah. Oleh karena itu, indeks polaritas media reaksi dimanipulasi dengan menambahkan etanol ke air dalam berbagai rasio volume. Berbeda dengan metode Turkevich konvensional, diharapkan untuk mensintesis GNP dengan berbagai ukuran GNP yang lebih disukai menggunakan teknik yang diusulkan ini dalam satu langkah dengan protokol minimum.
Metode
Materi
HAuCl4 3H2 O ( 99% jejak logam dasar), kristal asam L-askorbat, polivinilpirolidon (PVP) K60, dan pelet natrium hidroksida (NaOH) dibeli dari Sigma-Aldrich (Missouri, USA). Etanol (uji 99,90%) diperoleh dari J-Kollin Chemicals (UK), dan air suling ganda (ddH2 O) diperoleh dari laboratorium (Fakultas Teknik Kimia, UiTM, Malaysia).
Persiapan Nanopartikel Emas (GNP)
GNP koloid dibuat menggunakan asam askorbat yang digabungkan dengan pendekatan Turkevich yang dimodifikasi [23]. Dalam metode ini, asam L-askorbat digunakan sebagai zat pereduksi sedangkan polivinil pirolidin (PVP) sebagai penstabil. Larutan zat pereduksi dibuat dengan melarutkan asam L-askorbat dalam etanol absolut atau rasio volume etanol terhadap campuran pelarut biner air 20%, 50%, dan 80%. Volume total air yang ditambahkan ke etanol ke dalam campuran pelarut biner air ditentukan menurut Persamaan. (1). Selain itu, PVP langsung dilarutkan ke dalam asam L-askorbat/etanol ke campuran pelarut air dengan konsentrasi akhir 1% (b/v) di bawah sonikasi desibel rendah. Terakhir, pH larutan reduktor diatur menjadi 10,5 dari nilai awalnya dengan menambahkan 2 M NaOH secara tetes demi tetes.
di mana volume air VA , volume emas klorida adalah VGC , dan volume total campuran reaksi adalah VR.
Campuran reaksi pembentukan GNP dibuat dengan menginjeksikan 5 mM HAuCl4 larutan berair ke larutan zat pereduksi. Volume total campuran reaksi dipertahankan pada 20 ml HAuCl4 dan larutan asam L-askorbat. Konsentrasi awal HAuCl4 dan asam L-askorbat dalam campuran reaksi akhir ditetapkan masing-masing sebagai 0,15 mM dan 1,5 mM dengan rasio molar HAuCl4 menjadi asam L-askorbat 1:10. Campuran reaksi diaduk dengan kuat dengan 800 rpm selama 30 menit pada suhu kamar, dan koloid GNP yang dihasilkan disaring menggunakan kertas saring laboratorium Whatman sebelum disimpan pada suhu 4 °C untuk menghindari reaksi berkelanjutan.
Karakterisasi dan Instrumentasi
Karakterisasi UV–vis
Spektrum kepunahan UV tampak dari setiap sampel GNP diukur pada suhu sekitar (25 °C) menggunakan Spektrofotometer UV–Vis Agilent Cary 60. Panjang gelombang resonansi plasmon permukaan (SPR) maksimum dari GNP yang dihasilkan ditentukan dari data UV–Vis yang diperoleh untuk membandingkan ukuran partikel.
Distribusi ukuran partikel dan potensi zeta
Rata-rata ukuran partikel, distribusi ukuran, indeks poli-dispersi (PDI), dan potensi zeta GNP diukur menggunakan instrumen nanoZS Malvern Zetasizer. Nilai PDI dihitung dari grafik distribusi ukuran partikel intensitas (PSD) pengukuran hamburan cahaya dinamis (DLS) menggunakan Persamaan. (2) [24]:
Polaritas media reaksi dioptimalkan dengan mencampur rasio volumetrik yang berbeda dari air dan pelarut organik. Selanjutnya, indeks polaritas bersih campuran pelarut organik-air yang dihasilkan, P , dapat diberikan oleh Persamaan. (3) [25].
di mana, \( {p}_i^{\prime } \)adalah indeks polaritas pelarut i , dan i adalah fraksi volume pelarut i dalam campuran. Indeks polaritas air suling dan etanol absolut masing-masing adalah 9,0 dan 5,2.
Transmission Electron Microscopy (TEM) dan Distribusi Ukuran Partikel
Sampel GNP disonikasi sebelum pengukuran TEM. Tetesan suspensi/koloid yang disonikasi kemudian dijatuhkan ke grid tembaga Formvar 200 mesh. Kisi ditempatkan dalam pemegang sampel "kemiringan tunggal" yang diikuti dengan memasukkan ke FEI 200-kV, Tecnai G2 20 Mikroskop Elektron Transmisi Kembar untuk pencitraan. Selain itu, analisis kuantitatif ukuran partikel dan distribusi ukuran dari gambar TEM dianalisis menggunakan perangkat lunak pengolah gambar ImageJ.
Hasil dan Diskusi
Gambar 1 menggambarkan spektrum UV-Vis dari GNP koloid yang disintesis dalam rasio volumetrik yang berbeda dari etanol untuk campuran pelarut air. Biasanya, panjang gelombang serapan SPR maksimum (λm ) dari GNP bergantung pada ukuran dan bentuk [26, 27]. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1, maksimum λm pergeseran GNP koloid yang disintesis ke kanan yang menyiratkan bahwa ukuran GNP yang disintesis meningkat dengan meningkatnya rasio volumetrik etanol dalam air. Maksimum λm dari GNP koloid yang disintesis dalam campuran reaksi yang mengandung etanol dengan persentase volumetrik 20% dan 50% muncul di wilayah yang lebih pendek dari panjang gelombang penyerapan (514 nm dan 520 nm) yang menyiratkan bahwa ukuran kecil GNP diproduksi dalam persentase volume rendah etanol. Selain itu, maksimum λm GNP yang disintesis dalam etanol menjadi air dengan persentase volumetrik 80% atau etanol absolut bergeser ke daerah panjang gelombang yang lebih tinggi masing-masing pada 575 nm dan 561 nm. Pergeseran ini menunjukkan pembentukan ukuran yang lebih besar dan tren grafik yang luas yang menyiratkan bentuk GNP yang tidak merata.
Spektrum UV–Vis GNP dalam 20%,50%,80% dan 100% volume persentase campuran pelarut biner etanol ke air
GNP yang disintesis dalam persentase volumetrik yang berbeda dari campuran etanol ke air dengan indeks polaritas yang berbeda dikuantifikasi menggunakan DLS, dan distribusi ukuran GNP yang diperoleh ditunjukkan pada Gambar. 2. Selain itu, ukuran partikel rata-rata, nilai PDI GNP, dan polaritas indeks campuran etanol-air dari GNP yang dihasilkan diringkas dalam Tabel 1. Gambar 2 menunjukkan bahwa distribusi ukuran DLS meningkat dengan meningkatnya persentase volumetrik etanol. Diameter hidrodinamik rata-rata GNP dalam campuran pelarut yang mengandung etanol absolut, 80%, 50%, dan 20% etanol terhadap persentase volumetrik air, masing-masing adalah 154 ± 56,7, 219 ± 84,9, 28 ± 10,5, dan 22 ± 4,6 nm (lihat Tabel 1). Hasil DLS ini mirip dengan temuan UV-Vis dari penelitian ini yang menghasilkan partikel kecil dalam indeks polaritas tinggi dari campuran etanol-air dan sebaliknya.
Tren distribusi ukuran DLS partikel GNP dalam persentase volume 20%, 50%, 80%, dan 100% volume campuran pelarut biner etanol ke air
Nilai indeks polaritas yang dihitung dari persentase volume yang berbeda dari etanol untuk campuran pelarut air diberikan pada Tabel 1. Indeks polaritas campuran pelarut biner menurun dengan meningkatnya persentase volumetrik etanol (pelarut organik) dalam campuran pelarut. Di sini, hasil UV-Vis dan DLS dari penelitian ini mengungkapkan bahwa ukuran GNP yang lebih kecil diproduksi dalam indeks polaritas media reaksi yang tinggi, sedangkan ukuran GNP yang lebih besar diproduksi dalam indeks polaritas yang rendah dari media reaksi. Telah dipelajari dengan baik bahwa baik pelarut dan ligan memainkan peran penting dalam mengendalikan pertumbuhan dan perakitan nanopartikel dalam proses sintesis nanopartikel koloid. Selama pembentukan nanopartikel, molekul pelarut dan molekul ligan mengontrol dan memperlambat pertumbuhan partikel dengan menghalangi situs pengikatan permukaan. Namun, pada kondisi tertentu seperti polaritas campuran pelarut yang berbeda, molekul pelarut dan molekul ligan juga dapat memicu pertumbuhan dan perakitan nanopartikel dalam larutan koloid. Sesuai dengan pernyataan ini, hasil UV-Vis dan DLS menunjukkan bahwa pertumbuhan dan perakitan PVP-capped GNP meningkat dengan meningkatnya persentase volume etanol dalam campuran pelarut biner. Untuk memvalidasi temuan ini, mekanisme yang sesuai untuk pertumbuhan PVP capped GNPs dalam campuran pelarut biner etanol-air dapat ditafsirkan dalam dua tahap (seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3) yaitu pertumbuhan yang disebabkan oleh pelarut dan pertumbuhan yang diinduksi ligan.
Tahapan pertumbuhan GNP dalam larutan koloid dengan adanya molekul ligan rantai polimer panjang dimana pertumbuhan GNP diatur oleh (a ) molekul pelarut dan (b ) molekul ligan
Pada tahap pertama, setelah nukleasi monomer, pertumbuhan GNP diatur oleh molekul pelarut. Dalam larutan koloid, molekul pelarut polar tinggi mendistribusikan muatan permukaan yang tinggi pada permukaan nanopartikel dan membangun lapisan ganda listrik yang kuat yang mencegah partikel dari pertumbuhan lebih lanjut, sedangkan molekul pelarut indeks polaritas rendah membentuk lapisan ganda listrik yang lemah di sekitar partikel menghasilkan pertumbuhan yang lebih tinggi atau agregasi [28]. Korelasi antara muatan permukaan dan indeks polaritas reaksi dapat dijelaskan dengan menggunakan persamaan Poisson yang diberikan dalam Persamaan. (4) [29].
dimana ρ adalah rapat muatan, ψ adalah potensial listrik, ε adalah permitivitas ruang hampa, εo adalah konstanta dielektrik, dan x adalah jarak antara permukaan partikel.
Menurut Persamaan. (4), kerapatan muatan pada permukaan partikel nano (ρ ) sebanding dengan konstanta dielektrik (εo ) dari sekitarnya yang diatur oleh indeks polaritas medium. Dalam penelitian ini, nilai indeks polaritas pelarut yang sesuai dapat dipesan sebagai air> etanol. Oleh karena itu, media terdispersi yang memiliki persentase volumetrik air yang lebih tinggi dapat menawarkan muatan permukaan yang lebih tinggi ke permukaan GNP karena polaritas yang tinggi. Selain itu, asam askorbat bertindak sebagai agen pereduksi untuk menyumbangkan elektron ke garam logam untuk membentuk nanopartikel emas. Asam askorbat memiliki kelarutan yang lebih tinggi dalam air murni daripada etanol absolut, sehingga lebih banyak pembentukan ikatan hidrogen dengan molekul air. Selain itu, kelarutan yang lebih tinggi dapat meningkatkan transfer elektron bebas untuk nukleasi cepat Au
0
monomer yang menyebabkan pertumbuhan lambat GNP [30]. Karena fakta ini, laju pertumbuhan GNP berbanding terbalik dengan nilai indeks polaritas campuran pelarut etanol-air.
Pada tahap kedua, dihipotesiskan bahwa pertumbuhan dan perakitan GNP sebagian besar diatur oleh molekul ligan (PVP) (lihat Gambar 3(b)). Dengan adanya molekul ligan dalam larutan koloid, ligan akan teradsorpsi atau terikat secara kovalen dengan permukaan nanopartikel dan mencegah nanopartikel dari pertumbuhan dan perakitan lebih lanjut dengan mengontrol energi antarmuka antara permukaan partikel dan pelarut atau menciptakan gaya tolak-menolak antara ligan yang dilapisi. partikel [28]. Namun, jika molekul ligan yang teradsorpsi memiliki konsentrasi tinggi, rantai polimer panjang, atau berat molekul tinggi, mereka membentuk tail, train, dan loop ke dalam larutan koloid. Seperti yang digambarkan pada Gambar. 3 (b), ekor, kereta, dan loop rantai ligan yang menonjol ini menjembatani nanopartikel dan menginduksi flokulasi dalam koloid [31]. Flokulasi yang menjembatani dalam nanopartikel ini dapat mendorong pertumbuhan sekunder yang dimediasi benih dalam nanopartikel, di mana partikel dapat dengan mudah tumbuh. Dalam penelitian ini, 1% (b/v) PVP digunakan untuk menstabilkan GNP dalam larutan koloid. PVP adalah molekul amfifilik yang memiliki kepala hidrofilik (yang terdiri dari spesies C =O dan N) dan rantai belakang hidrokarbon yang sangat hidrofobik. Dalam pelarut organik polar, molekul organik memiliki afinitas yang besar dengan gugus karboksilat dan tulang punggung ekor hidrokarbon PVP seperti yang digambarkan pada Gambar 4 (a). Namun, hanya dalam media berair, molekul air hanya dapat berikatan dengan kepala karboksilat PVP melalui ikatan hidrogen, dan ekor hidrofobik tetap berada dalam suspensi secara independen seperti yang digambarkan pada Gambar 4 (b). Dengan demikian, molekul PVP terlarut dan membengkak dalam pelarut organik ke tingkat yang lebih tinggi daripada media air murni [21]. Sebagai bukti, Guettari dkk. menyelidiki perilaku polimer PVT dalam persentase volumetrik yang berbeda dari etanol untuk campuran pelarut air. Hasil eksperimen dengan pemodelan interaksi pelarut efektif dengan polimer (ESIP) dari pekerjaan ini mengkonfirmasi bahwa radius hidrodinamik dan interaksi polimer-polimer molekul PVP meningkat dengan meningkatnya fraksi molar etanol [32]. Peningkatan ukuran globular dari molekul PVP dalam persentase volume etanol yang lebih tinggi meningkatkan bridging GNP menghasilkan pertumbuhan atau perakitan yang tinggi. Oleh karena itu, disimpulkan bahwa 1% (b/v) rantai PVP yang sangat diperpanjang memflokulasi partikel dan membentuk bentuk perakitan atau agregasi GNP yang berbeda yang menyebabkan pertumbuhan tinggi dalam rasio volumetrik etanol yang tinggi [33,34,35] .
(a ) Interaksi antara molekul etanol dan molekul PVP dan (b ) Interaksi antara H2 Molekul O dan molekul PVP
Selanjutnya, pengaruh molekul ligan pada pertumbuhan dan perakitan nanopartikel dalam berbagai indeks polaritas campuran pelarut etanol-air dianalisis dengan potensi zeta dari GNP yang dihasilkan. Nilai potensial zeta dari GNP yang disintesis dalam rasio volumetrik etanol terhadap air yang berbeda ditunjukkan pada Gambar. 5. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa nilai potensial zeta dari GNP yang distabilkan PVP menurun dengan meningkatnya persentase volume etanol. Secara umum, polimer menggeser bidang slip dari lapisan ganda listrik partikel yang dapat mengubah nilai potensial zeta. Perubahan nilai potensial zeta tergantung pada muatan permukaan antarmuka dan jumlah polimer yang teradsorpsi [22]. Studi serupa menemukan bahwa nilai potensial zeta dari GNP yang dibatasi sepenuhnya PVP adalah sekitar - 6 mV [23, 36]. Selain itu, nilai potensial zeta negatif ini dapat meningkat dengan menurunnya jumlah adsorpsi PVP pada permukaan GNP [22]. Oleh karena itu, nilai potensial zeta terendah yang diperoleh (-5,53 mV) dalam etanol absolut menunjukkan bahwa GNP yang disintesis sepenuhnya dikelilingi oleh molekul PVP. Di sisi lain, nilai potensial zeta menurun dengan meningkatnya rasio volumetrik etanol tersirat bahwa PVP teradsorpsi ke tingkat tinggi dalam rasio volumetrik tinggi pelarut organik (etanol).
Nilai potensial zeta dari GNP stabil PVP dalam persentase volume 20%, 50%, 80% dan 100% volume etanol ke campuran pelarut biner air
Gambar TEM dari GNP yang disintesis dalam indeks polaritas yang berbeda dari etanol untuk campuran pelarut air ditunjukkan pada Gambar. 6. Gambar 6 (a) dan (b) menunjukkan bahwa 9,7 nm dan 13,9 nm nanopartikel hampir bulat diproduksi di 20% dan 50 % persentase volumetrik campuran etanol ke pelarut air masing-masing. Di sisi lain, Gambar. 6 (c) menunjukkan gambar khas GNP dalam persentase volumetrik 80% campuran etanol dengan air. Gambar TEM mengungkapkan bahwa bentuk tidak beraturan [37] dan ukuran yang lebih besar (sekitar 53,1 nm) dari GNP terbentuk dalam persentase volumetrik 80% dari larutan etanol, dan partikel-partikel ini dikumpulkan dalam larutan koloid. Demikian pula, diameter rata-rata 37,2 nm dengan bentuk GNP yang relatif lebih besar dan tidak beraturan juga diproduksi dalam etanol absolut. Hasil ini sesuai dengan hasil UV–Vis dan DLS sebelumnya dari penelitian ini, di mana ukuran partikel yang lebih besar terbentuk karena nilai indeks polaritas media reaksi yang rendah yang mengakibatkan pertumbuhan partikel dan perakitan yang disebabkan oleh PVP yang sangat diperpanjang. rantai polimer dalam indeks polaritas rendah dari campuran etanol-pelarut.
Warna, gambar TEM, dan distribusi ukuran suspensi GNP yang dihasilkan dalam berbagai persentase volume etanol ke air dengan (a ) 20%, (b ) 50%, (c ) 80%, dan (d ) 100% etanol
Penting untuk menginformasikan bahwa ukuran GNP dalam persentase volumetrik 80% etanol terhadap air lebih besar daripada ukuran GNP dalam etanol absolut.
Gambar 7 (a) dan (d) membandingkan gambar TEM GNP dalam rasio volumetrik 80% etanol terhadap air dan etanol absolut. GNP dikumpulkan sebagai kluster (Gbr. 7(a-c)) dan disejajarkan secara linier (Gbr. 7 (a) dan (b)) dalam rasio volumetrik etanol 80%, sedangkan GNP dalam etanol absolut tetap sebagai partikel diskrit dengan lebih sedikit agregasi (Gbr. 7d). Kami berhipotesis bahwa komposisi etanol 80% terhadap air dengan cepat meningkatkan energi permukaan partikel primer GNP karena interaksi asimetris molekul air dan etanol dengan rantai polimer PVP dan permukaan nanopartikel. Oleh karena itu, partikel yang diagregasi oleh mekanisme oriented-attachment membentuk ukuran nanocluster yang lebih besar untuk meminimalkan energi permukaan ini [38, 39]. Selanjutnya, penyelarasan linier GNP dalam etanol 80% dengan air dikaitkan dengan interaksi dipol-dipol partikel yang dihasilkan oleh interaksi asimetris molekul air dan etanol dengan rantai polimer PVP [40]. Selain itu, diamati bahwa diameter hidrodinamik rata-rata GNP yang diperoleh menggunakan DLS lebih tinggi dari ukuran yang dihitung dari gambar TEM. Dalam penelitian ini, GNP disintesis dalam jumlah berlebihan larutan polimer PVP. Oleh karena itu, teknik DLS mengukur tidak hanya diameter partikel tetapi juga lapisan polimer capping dengan ekor polimer memanjang, kereta api, dan loop. Selain itu, DLS dapat mengukur ukuran flok alih-alih partikel individu (misalnya, sampel GNP etanol 80% ke air). Akibatnya, ukuran rata-rata GNP yang diukur menggunakan DLS lebih tinggi daripada menggunakan TEM.
Gambar TEM dari GNP (a ), (b ) dan (c ) partikel agregat dalam persentase volumetrik etanol 80% (d ) partikel diskrit dalam etanol 100%
Kesimpulan
Dalam penelitian ini telah dibahas sintesis size selective GNPs menggunakan polaritas pelarut organik sebagai variabel. Pengaruh polaritas pelarut dalam pertumbuhan GNP telah diselidiki dengan mensintesis PVP capped GNP dalam etanol dan campuran etanol-air dalam asam L-askorbat. Spektrum UV-vis dan pengukuran DLS menegaskan bahwa ukuran partikel meningkat dengan penurunan indeks polaritas pelarut. Berdasarkan hasil ini, pertumbuhan GNP dikendalikan dalam dua tahap selama proses reduksi kimia. Pertumbuhan partikel awalnya dikendalikan oleh molekul pelarut dengan membentuk lapisan ganda yang kuat di sekitar nanopartikel. Kemudian, perakitan dan stabilitas GNP diatur oleh molekul stabilizer atau ligan pada tahap kedua. Namun, pertumbuhan GNP meningkat dengan menurunnya indeks polaritas media reaksi di kedua tahap. Warna akhir gambar GNP dan TEM yang ditangguhkan menyiratkan morfologi GNP yang dihasilkan. Khususnya, polaritas tinggi dari campuran pelarut menghasilkan GNP berbentuk bola, dan lingkungan indeks polaritas rendah menghasilkan bentuk GNP yang tidak beraturan. Penyelidikan ini membahas pendekatan baru untuk mensintesis berbagai ukuran dan bentuk GNP dalam satu langkah dengan memanfaatkan pertumbuhan dan perakitan partikel yang bergantung pada indeks polaritas pelarut.
Ketersediaan Data dan Materi
Semua data yang dihasilkan atau dianalisis selama penelitian ini termasuk dalam penelitian ini. Dataset mentah yang diperoleh dan dianalisis selama pekerjaan eksperimental tersedia dari penulis terkait atas permintaan yang wajar.
