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Nanogold

Nanogold. Optische Eigenschaften von Gold in der Nanodimension. Modulsponsor:. Dieses Modul wurde mit freundlicher Unterstützung der Metrohm Stiftung Herisau realisiert. Nanogold -Partikel verändern ihre Farbe in Abhängigkeit ihrer Grösse. Quelle: Swiss Nano-Cube.

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Presentation Transcript

  1. Nanogold Optische Eigenschaften von Gold in der Nanodimension Modulsponsor: Dieses Modul wurde mit freundlicher Unterstützung der Metrohm Stiftung Herisau realisiert.

  2. Nanogold-Partikel verändern ihre Farbe in Abhängigkeit ihrer Grösse Quelle: Swiss Nano-Cube Goldkolloide unterschiedlicher Grösse in wässriger Lösung Detaillierte Informationen zum Thema sind in der Experimentieranleitung „Nanogold“zu finden.

  3. Inhalt • Einführung • Experimentelle Durchführung • Herstellung von Nanogold-Partikeln (kolloidales Gold) • Phasentranspher von Nanogold-Partikeln • Sicherheitshinweise • Theoretische Grundlagen • Kolloide • Reduktion von Goldchlorid mit Tri-Natriumcitrat als Reduktionsmittel • Repetition: Elektromagnetische Wellen und sichtbares Licht • Optische Eigenschaften von Nanogold-Partikeln • Oberflächenfunktionalisierung • Anwendungen

  4. Einführung • Goldrubinglas im Mittelalter Mittelalterliche Kirchenfenster in der Kathedrale von Metz (Frankreich). Die kràftigenRot- und Blautöne der Goldrubinglaser werden durch Gold-Kolloide im Glas hervorgerufen. • Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch fein verteiltes Goldpulver beigefügt.

  5. Einführung • Goldrubinglas im Mittelalter • Früher wurde zur Herstellung von Goldrubinglas dem Glasausgangsgemisch fein verteiltes Goldpulver beigefügt.

  6. Experimentelle Durchführung • Video: Vorgehen bei der Herstellung von Nanogoldpartikeln: Video Nanogold • www.swissnanocube.ch

  7. Experimentelle Durchführung • Vorgehen beim Phasentranspher: • Chemikalien: • Goldkolloide in wässriger Lösung • Natriumchlorid • Dodecan (hydrophobe Phase) • Kaliumoleat (Oberflächenfunktionalisierung der Nanopartikel) • Die Nanopartikel in der wässrigen Phase mit Dodecanüberschichten. • Kaliumoleat dazugeben. • Einige Minuten mit einem Magnetrührer heftig rühren. • Übergang der Nanopartikel von der wässrigen in die hydrophobe Phase (Dodecan) kann beobachtet werden.

  8. Experimentelle Durchführung • hydrophobe Phase • wässrige Phase Quellen: Swiss Nano-Cube

  9. Experimentelle Durchführung • Sicherheitshinweise • Schutzbrille, Labormantel, Handschuhe

  10. Theoretische Grundlagen • Kolloide: Was ist der Unterschied zwischen einer Lösung und einer Dispersion?

  11. Theoretische Grundlagen • In einer Lösung sind alle Atome vollständig gelöst und von Molekülen des Lösungsmittels umgeben. • In einer Dispersion sind „Kleinstpartikel“ (Nanopartikel) eines bestimmten Materials im Dispersionsmittel fein verteilt. Die Partikel bestehen aus mehr als nur einem Atom .

  12. Theoretische Grundlagen • Kolloide: • Goldkolloide sind 2 bis 100 nm grosse Nanopartikel aus elementarem Gold. • Goldkolloide sind im Lösungsmittel fein verteilt und bilden eine Dispersion. • Wichtig: Eine Dispersion darf nicht mit einer Lösung verwechselt werden, denn in einer Lösung sind die einzelnen Atome vollständig im Lösungsmittel gelöst. • Eine Dispersion aus Nanogold-Partikeln wird Goldsol genannt.

  13. Theoretische Grundlagen • Reduktion von Goldchlorid mit Tri-Natriumcitrat: Oxidation: [O2C+II-C+IIOH-C4H4O4]3- [OC+II-C4H4O4]2- + H+ + C+IVO2 + 2 e- Reduktion: HAu+IIICl3 + 2 e-Au+ICl + 2 Cl- (3x) Disproportionierung: 3 AuCl3 C5H4O52-2 Au0+ AuCl3 Gesamt: 2 AuCl3+ 3 C6H5 O73- 3 C5H4O52- + 3 H+ + CO2 + 6 Cl- + 2 Au0

  14. Theoretische Grundlagen • Repetition: Elektromagnetische Wellen und Sichtbares Licht 400 nm 1 nm 100 nm 700 nm 1 cm 0.01 nm 1 km sichtbares Licht Quelle: Swiss Nano-Cube

  15. Theoretische Grundlagen • Optische Eigenschaften von Nanogold-Partikeln: • Bei Edelmetallen wie Gold beträgt die Eindringtiefe elektromagnetischer Wellen ca. 1/4 bis 1/10 der Wellenlänge. • Nanopartikel mit einem Durchmesser von 20–30 nmwerden von sichtbarem Licht (400–700 nm) vollständig durchdrungen. • Anregung -> Elektrisches Wechselfeld -> Höheres Energieniveau • Beim „Rückschwingen“ wird Energie in Form von Streulicht frei • Absorption/Transmission der einfallenden Lichtwellen je nach Grösse der Partikel. • Partikel mit 20 – 30 nm Durchmesser absorbieren vorwiegend kurzwelliges blaues Licht und transmittieren rotes Licht. Sie erscheinen daher rot.

  16. Theoretische Grundlagen • Optische Eigenschaften von Nanogold-Partikeln Quelle: Swiss Nano-Cube • Oberflächen-Plasmonen-Resonanz

  17. Theoretische Grundlagen • Oberflächenfunktionalisierung: • Je nach der Beschaffenheit der Partikel-Oberfläche lassen sich die Nanopartikel in unterschiedlichen Medien dispergieren. • Die Moleküle, mit welchen die Partikel an der Oberfläche bestückt sind, bilden eine Nanosphäre um die Partikel. • Durch eine Veränderung der funktionalen Oberfläche lassen sich die Nanopartikel in verschiedenen Phasen dispergieren: Phasentranspher. • Polare, wässrige Phase: Citrat-Moleküle • Hydrophobe Phase (Dodecan): Kaliumoleat-Moleküle • Die Nanosphäre der Partikel hat auch Auswirkungen auf die Farbe.

  18. Theoretische Grundlagen • Oberflächenfunktionalisierung - • Kaliumoleat • (hydrophob) • Citrat • (hydrophob) Quellen: Swiss Nano-Cube

  19. Theoretische Grundlagen • Anwendungen: Schwangerschaftstest Quelle: Swiss Nano-Cube

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