Sintesis Nanopartikel Logam: Membuka Properti Material Tingkat Lanjut

Nanopartikel logam
Istilah nanopartikel logam digunakan untuk menggambarkan logam berukuran nano dengan dimensi (panjang, lebar atau ketebalan) dalam kisaran ukuran 1‐100 nm. Nanopartikel logam menunjukkan properti yang sangat berbeda dari atom individu, permukaan atau material massa. Karakteristik utama MNP adalah rasio luas permukaan terhadap volume yang besar dibandingkan dengan setara massa, energi permukaan yang besar, eksistensi sebagai transisi antara status molekuler dan logam yang memberikan struktur elektronik spesifik (kepadatan status lokal LDOS), memiliki eksitasi plasmon, penahanan kuantum, urutan pendek, jumlah lipatan yang meningkat, mengandung sejumlah besar situs koordinasi rendah seperti sudut dan tepi, memiliki sejumlah besar “ikatan menggantung” dan akibatnya properti spesifik dan kimia serta kemampuan untuk menyimpan elektron berlebih.
Aplikasi potensialnya termasuk, misalnya, penggunaan dalam biokimia, dalam katalisis dan sebagai sensor kimia dan biologis, sebagai sistem untuk nanoelektronika dan magnetisme terstruktur nano.
Sintesis
Metode kimia mencakup reduksi kimia garam logam, proses reduksi alkohol, proses poliol, mikroemulsi, dekomposisi termal garam logam dan sintesis elektrokimia. Metode fisik mencakup teknik kawat meledak, Plasma, deposisi uap kimia, irradiasi mikrogelombang, ablasi laser pulsa, fluida superkritikal, reduksi sonokimia dan radiasi gamma.
Reduksi kompleks logam dalam larutan cair adalah metode umum sintesis dispersi koloidal logam, dan berbagai metode telah dikembangkan untuk memulai dan mengontrol reaksi reduksi. Dalam sebagian besar kasus pembentukan nanopartikel logam berukuran seragam dicapai dengan kombinasi konsentrasi zat terlarut yang rendah dan lapisan monolitik polimer yang menempel pada permukaan pertumbuhan. Baik konsentrasi rendah maupun lapisan monolitik polimer dapat menghambat difusi spesies pertumbuhan dari larutan sekitar ke permukaan pertumbuhan dan proses difusi kemungkinan adalah langkah yang membatasi laju pertumbuhan inti awal berikutnya, yang mengakibatkan pembentukan nanopartikel berukuran seragam.
Precursor dan reagen
Dalam sintesis nanopartikel logam, atau lebih spesifik, dispersi koloidal logam, berbagai jenis precursor, reagen reduksi, kimia lainnya, dan metode digunakan untuk mempromosikan atau mengontrol reaksi reduksi, nukleasi awal dan pertumbuhan berikutnya dari inti awal. Precursor meliputi: logam unsur, garam anorganik dan kompleks logam, seperti, Ni, Co, HAuC14, H,PtCl,, RhC1, dan PdCI2. Reagen reduksi meliputi: sitrat natrium, peroksida hidrogen, hidroksilamin hidroklorida, asam sitrat, karbon monoksida, fosfor, hidrogen, formaldehid, larutan metanol air, karbonat natrium dan natrium hidroksida.
Metode sintesis lainnya
Nanopartikel logam juga dapat disiapkan dengan metode deposisi elektrokimia yang menggunakan sel elektrokimia sederhana yang hanya berisi anoda logam dan katoda logam atau karbon kaca. Elektrolit terdiri dari larutan organik tetra alquil amonium halogenida, yang juga berfungsi sebagai stabilisator untuk nanopartikel logam yang dihasilkan. Saat medan listrik diterapkan, anoda mengalami peleburan oksidatif membentuk ion logam, yang akan bermigrasi menuju katoda. Reduksi ion logam oleh ion amonium mengarah pada nukleasi dan pertumbuhan berikutnya dari nanopartikel logam dalam larutan. Dengan metode ini, nanopartikel Pd, Ni dan Co dengan diameter yang berkisar dari 1,4 hingga 4,8 nm dapat dihasilkan.
Nanopartikel emas
Koloid emas telah diteliti secara luas selama waktu yang lama. Pada tahun 1857 Faraday menerbitkan studi komprehensif tentang persiapan dan properti koloid emas. Berbagai metode telah dikembangkan untuk sintesis nanopartikel emas, dan di antaranya, reduksi sitrat natrium dari asam kloroaurik pada 100°C dikembangkan lebih dari 50 tahun yang lalu dan masih menjadi metode yang paling umum digunakan.
Nanopartikel perak
Berbagai metode telah dikembangkan untuk pembentukan nanopartikel perak. Sintesis nanopartikel Ag dapat dicapai dengan illuminasi UV dari larutan air yang mengandung AgC104, aseton, 2-propanol dan berbagai stabilisator polimer. Illuminasi UV menghasilkan radikal ketil melalui eksitasi aseton dan kemudian abstrak atom hidrogen dari 2-propanol dan radikal ketil dapat lebih lanjut mengalami reaksi dissosiasi protolitik. Baik radikal ketil maupun anion radikal bereaksi dengan dan mengurangi ion perak menjadi atom perak.
Reaksi memiliki laju reaksi rendah dan mendukung produksi nanopartikel perak berukuran seragam. Dengan kehadiran polyethyleneimine sebagai stabilisator polimer, nanopartikel perak yang dibentuk menggunakan proses reduksi fotokimia di atas memiliki ukuran rata-rata 7nm dengan distribusi ukuran yang sempit.
Meskipun stabilisator polimer memainkan peran yang sangat penting dalam sintesis nanopartikel logam, mereka dapat disiapkan tanpa menggunakan stabilisator polimer apa pun. Nanopartikel perak dapat disiapkan menggunakan set larutan yang tersedia secara komersial. Tanpa menambahkan reagen stabilisasi apa pun, dapat disintesis menggunakan dispersi air nanopartikel perak dengan ukuran 20-30 nm. Dispersi kemungkinan akan terstabilkan oleh mekanisme stabilisasi elektrostatis. Namun, ukuran partikel sangat bergantung pada suhu sintesis. Variasi kecil suhu akan mengakibatkan perubahan signifikan diameter nanopartikel logam.