光熱特性を備えた炭素質貴金属ナノ複合材料の一般的な製造戦略の開発

ハイライト

• 貴金属@Cコアシェルナノ構造を生成するための簡単な水熱合成法を開発する

• 生成されたAgまたはAuコアは十分に結晶化されていますが、炭素質シースはアモルファスです

• グルコースは、金属イオンの還元剤、形状調整剤、表面保護として複数の役割を果たします

• Ag @ Cコアシェルをエッチングして中空炭素質シースを得る低温（60–100°C）水熱反応

• 棒状のAu @ Cナノコンポジットは、光熱効果を示し、生物医学的応用の可能性を示します

はじめに

炭素材料は、材料科学と技術においてますます重要になっています。カーボンナノチューブ、カーボンスフィア/ドット[1,2,3]、酸化グラフェン（GO）[4、5]など、これまでに多くのカーボン粒子が調査されてきました。その中で、炭素質ナノ構造は、優れた安定性（<200°C）、多孔質管状壁、優れた潤滑特性、水に容易に分散すること、生体適合性などのいくつかのユニークな特性を示し、金属（Au、Agなど）と容易にハイブリダイズします。 ）および/またはハイブリッド機能性ナノ構造を生成するための金属酸化物[6,7,8,9,10,11,12,13]。

具体的には、炭素質金属ナノコンポジットは、医療用途での優れた生体適合性により、より多くの関心を集めています。そのような炭素質粒子またはそれらの金属ハイブリッド構造を達成するために、多くの方法が開発されてきた。例えば、出発物質として糖またはデンプンを使用する水熱法[14]、例えば、炭素質銀ナノケーブルおよびナノチューブのワンステップ水熱合成。銀コアs [15]をエッチングした後、Ag / Cu @ poly（ビニルアルコール）（PVA）同軸ナノケーブル、テルリウム（Te）@ PVAナノ構造[16]、および多孔質膜ベースのテンプレートとポジティブハードテンプレートを準備するためのテンプレートアプローチ[17,18,19,20]炭素質ナノ構造の合成用。ただし、ハードテンプレートを削除すると、構造の破損や崩壊などの後処理（化学エッチングまたは高温煆焼）で問題が発生する可能性があります[14、15、16、17、18、19、20、21 、22]。さらに、報告された条件下で達成された炭素質貴金属ナノ構造の形成/進化メカニズムを解明するために、少し報告されました。

光熱療法は、特に初期の転移段階または腫瘍が初期段階にあるときに局所的な熱を発生させることにより、健康な組織への損傷が少ないために開発されました。金ナノ粒子（GNP）は、このアプローチの優れた選択肢の1つです。 ＧＮＰの多機能設計における最近の進歩は、癌組織の近くで局所的な熱の発生を可能にし、さらに、制御された標的化された方法で複数の所望の薬物の送達を可能にする。 GNPには、腫瘍や癌の光熱治療に適した多くの利点があります。これは、近赤外（NIR）レーザー光を介して活性化され、浸透する能力を生み出す非特異的分布を最小限に抑えながら、局所腫瘍領域に送達できるためです。生体組織の奥深くにあり、多面的な癌の光熱療法を作成するために調整されています[23、24、25]。

ここでは、穏やかな条件下（180〜200°C）で炭素質Au @CまたはAg @ Cナノ構造を生成するためのシンプルで効果的な合成方法を示します。興味深いことに、AuコアではなくAgコアは、高温処理を必要とせずに、低温エッチング（60°Cで数十時間）によって炭素質構造からエッチングまたは除去できます。調製されたままのナノコンポジットの微細構造が特徴づけられ、可能な形成メカニズムが理解されます。事例研究として、最近の研究[23,24,25]を参照して、Au @Cナノ構造の光熱特性を調べます。この研究は、材料科学、触媒作用、および生化学における潜在的な用途を備えた炭素質金属ナノコンポジットを調製するための簡単で効果的な戦略を提供する可能性があります。

実験方法

化学薬品

次の化学物質はSigma-Aldrichから購入し、さらに精製することなく受け取ったまま使用しました：硝酸銀（> 99％）、 d -グルコース（99％）、臭化セチルトリメチルアンモニウム（CTAB、> 98％）、および塩化金（III）三水和物（HAuCl ₄ ・3H ₂ O、> 99.9％）。すべてのガラス器具は、新鮮な王水で洗浄し、蒸留水やエタノールで数回徹底的にすすぎ、使用前に乾燥させました。

炭素質Ag @ CおよびAu @ Cナノ構造の合成

通常、合成手順にはいくつかのステップが含まれていました。 In s tep 1、2.0 mL 0.01MのAgNO ₃ そして、6.0mLの0.01Mグルコース溶液を10mLの0.12MCTAB溶液を含む50mLガラスビーカーに加え、混合して攪拌し、均質であることを確認しました eit y。 In s tep 2、混合溶液の総量を、均一にするために10分以上撹拌しながら蒸留水を使用して35mLに固定しました。混合溶液の色は、おそらくCTABの存在下でのAgBr沈殿物の形成のために、徐々に淡黄色になりました。そしてで ステップ3、混合溶液を容量50 mLのテフロンライナー付きのステンレス鋼オートクレーブに移し、180 °のオーブンで加熱しました。 Cを数時間。

と同様 Au @ Cナノ粒子を調製する手順、AgNO ₃ の代替 HAuCl ₄ による ・3H ₂ この作業では、Oソリューションが実行されました。炭素質Au @ Cナノロッドの調製に関しては、Auナノロッドは、以前の研究[26,27、 – に基づいて、最初に合成されました。 28]、CTABは the を制御する上で重要な役割を果たします Auナノロッドの形成。 Auナノロッドをグルコース溶液に分散させ、180°Cで6 – の水熱反応をさらに行いました。 24h。

中空炭素質構造のエッチング

中空炭素質ナノ構造は、同じ反応溶液を60 °に保つことにより、Ag @CナノコンポジットからAgコアをエッチングすることによって製造されました。 Cは数十時間ですが、これはAu @CからAuコアをエッチングする場合には機能しません。動的反応プロセスにより、Agコアが除去されました、 したがって、、 形成された中空の炭素質構造。得られたサンプルを蒸留水 3回ですすいだ。 さらなる特性評価のための時間。

特性評価

調製されたままのAu @ CおよびAg @ C炭素質ナノ構造の形成、成長、およびエッチングプロセスは、透過型電子顕微鏡（TEM、JEOL-1400）、走査型電子顕微鏡（SEM、FEI Nova NanoSEM 230）を含むさまざまな技術を使用して特徴付けられました。 FESEM）、200 kVで動作するPhillipsCM200フィールドエミッションガンTEMを使用した高解像度TEM（HRTEM）、1cmクォーツセルを備えたCary5000 UV-Vis NIR分光光度計によるUV-Visスペクトル、フーリエ変換赤外（FT-IR ）Perkin Elmer Spotlight 400 FT-IR顕微鏡によるスペクトル（650–4000 cm ^-1 ）、ラマン分光法（レニショーRM1000ラマン分光計、励起波長514 nm）、およびCu-K _αを使用したPhilipsX’pert多目的X線回折システム （λ =0.15406 nm）40kVおよび100mAでの放射線、測定範囲10〜80°、スキャンステップ0.02°/ s。

光熱測定

以前の報告[23、24、25、29、30、31]に基づく光熱温度の測定には熱電対が使用されました。熱電対の測定には、Delta OHM HD2128.2Tタイプを使用しました。光源は、密度0.17 W / cm ² のレーザー出力です。 。より正確で信頼性の高いものにするために、温度はCedip Titanium 560 M IRカメラで測定され、最大100Hzのフレームレートで640×512ピクセルの解像度の画像が使用されました。ピクセルは24×24μmの寸法の正方形です。カメラの電荷結合装置（CCD）チップは、3.6〜5.1μmの波長に敏感です。0.8μmのレーザー波長はカメラのセンサーから見えないため、画像には流体からの熱放射のみが表示されます。 。温度範囲は0〜60°Cの範囲に設定されています。光熱測定では、バイオシステムにおけるAuの強力な安定性と非毒性のために、ケーススタディとしてAu @ C炭素質構造（アスペクト比が約3.7のAuナノロッド）を選択しました。

結果と考察

炭素質Ag @ Cナノ構造の微細構造

達成されたナノ粒子の形態と組成は、TEMおよびSEM技術を使用して特徴づけられました。図1aは、準備されたままのAg @ CナノケーブルのTEM画像と、拡大画像の挿入図を示しています。ケーブルの直径は30〜50 nm、Agコアの幅は10〜20nmと推定されています。これは、Ag @ Cナノケーブルが真っ直ぐではなく曲がっている図1bに示すように、SEMによっても確認されます。ここでは、一次元のAg @ Cナノケーブルのみが形成され、炭素質の球体が形成されていることがわかりました。これは、グルコースの炭化による自己核形成と成長プロセスが大幅に抑制されており、Agコアのコーティングプロセスが支配的であることを示しています。報告された状態。

Ag @ Cナノ構造： a TEMおよび b 炭素質ナノケーブルのSEM画像。 c 、 d 炭素質ナノチューブのTEM

続いて、エッチング剤を添加せずに、同じ反応溶液を60°Cで24時間保持することにより、Ag @ Cナノケーブルをエッチングすることができ、図1c、dに示すように、中空の炭素質チューブが得られました。異なる倍率。明らかに、Agコアは、設計された水熱反応によってナノケーブル（図1a）から除去またはエッチングすることができます。比較すると、ナノチューブはわずかに収縮していますが、損傷や破損した破片はなく、報告された条件下で炭素質シェルの構造が比較的安定していることを示唆しています。

Ag @ Cナノコンポジットの形成と成長のプロセスをよりよく理解するために、動的反応を追跡するためにさまざまな反応時間を採用しました（図2）。 180°Cの反応温度で1h（a）から3 h（b）、6 h（c）、12 h（d）、24 h（e）に時間の経過とともに、炭素質Ag @Cが形成されました。 、Agはドット（a）から短いロッド（b–d）に、そして最後にロッド/ワイヤー（e）に徐々に形成されます。 Ag @ Cナノ構造の銀ナノロッドは十分に結晶化しており、図2fおよびgのHRTEM画像と、図2gの電子回折パターンの挿入図で確認できます。 0.238nmの格子空間を持つ結晶性Ag {111}面は、HRTEM画像によって明確に検査されました（図2g）。

時間の経過に伴うAg @ Cコアシェル構造形成プロセス： a 1 h、 b 3 h、 c 6 h、 d 12 h、および e 24 h; f インデックス付き平面と g を使用したEDパターン {111}面に起因する0.238nmの格子空間を持つAg @ CナノコンポジットのAgロッドのHRTEM

現在の実験によれば、Ag @C形成の説明には2つの可能なメカニズムを使用できます。まず、AgBr沈殿物がBr ^- によって形成されました。 Ag ⁺ と反応するイオン（CTABから） イオン（AgNO ₃ から ） K が非常に小さいため _sp （5.0×10 ⁻¹³ ）水溶液中の室温で、AgBrは熱的に安定していないため、熱処理下で金属Agを形成し、炭素質シェルの形成と成長の核形成中心として機能します。 CTAB分子は、成長するAg粒子の長軸結晶面に優先的に吸着されるため、CTABは表面改質においても別の役割を果たし、銀ナノロッドまたはナノワイヤーの配向形成を促進しました[32]。第二に、グルコースは遊離Ag ⁺ を還元する還元剤として作用しました Ag ⁰ へのイオン 高温（> 140°C）の原子[33]、その豊富な-OHおよびアルデヒド基のため。次に、新しく形成されたAg核は、グルコース分子吸着の核形成中心として機能し、その後、銀骨格上で炭素質シースとして重合しました[34、35、36、37]。

さらなる確認として、XRD技術を使用してAg @Cナノケーブルと炭素質シースの形成を追跡しました。時間依存のXRD測定を使用して、Ag @Cナノ粒子の中間体と最終生成物の組成変化を監視しました。全体のプロセスは、反応温度に応じて2つの段階で構成されます。最初の段階では、ブドウ糖、AgNO ₃ 、およびCTABは、高温（180°C）でAg @Cナノケーブルを調製するための出発物質として使用されました。第二段階では、同じシステムの反応温度を水熱処理のために60℃に下げました。図3cに示すように、時間間隔は成長プロセスとエッチングプロセスでそれぞれ4時間と3時間です。

炭素質シェル（ A ）を備えたAgナノロッドの形成プロセスを示すXRD ）およびAgの段階的な自己消化（ B ）、Agコアの形成およびエッチング/進化曲線（ C ）、および炭素質Ag @ Cナノケーブルのラマンスペクトル（ D ）

図3は、最初に形成された茶色が沈殿し、それぞれ立方晶AgBr（200）および（220）（JCPDSカード番号079-0149）としてインデックス付けされた2つの強い回折ピークを示すXRDパターンを示しています。最初は、反応が加熱下で8時間以上進行するまで、Ag回折ピークは観察されませんでした。そこでは、金属Ag（111）ピークが約38.1°に現れました（JCPDSカード番号087-0717）。典型的なAg（111）ピークの強度が時間とともに徐々に増加することは、報告された条件下で金属Agが形成され、約24時間で最大強度に達したことを示しています。いくつかの回折ピーク、例えば、Ag（200）とAgBr（220）は、XRDパターンで何らかの形で重なっていることに注意してください。興味深いことに、反応温度を60°Cまで下げると、Agコアのエッチングプロセスが発生しました。これは、約38.1°にある典型的なAg（111）回折ピークの強度が徐々に低下することで確認できます。数十時間にわたって、エッチングによりAgコアが消失し、ほぼ消失したAg（111）ピークによって確認されました。図3cに示すように、反応時間の関数としての生成物の分析が行われました。これは、TEM観察と一致して、Agコアが熱条件下でほとんど除去できたことを示しています（図1c、d）。さらに、ラマンスペクトル（図3D）は、この反応システムにおけるアモルファスとグラフィックの両方のタイプの炭素の形成を示しています。

上記のXRD分析に基づくと、Ag ⁺ の還元間に熱力学的平衡が存在する可能性があります。 グルコースによるイオンによるAgコアの形成とBr ^- によるAgの酸化 以前の報告[38,39,40]と一致するイオン。たとえば、Zhou etal。 [39]は、反応温度が140°Cを超えるまでAgナノワイヤーが形成されないことを示し、Hussainの研究[40]によって確認されました。炭水化物（例えば、グルコース、糖類）の炭化については、炭素質生成物が170〜240℃の範囲の温度で合成できることが広く受け入れられていた[41、42]。ただし、ナノケーブルの炭素質シースはアモルファスであり、高温アニーリング処理で得られるカーボンナノチューブやグラフェンとは異なります[1,2,3]。

特にAgコアのエッチングでは、酸素分子は E の高い電極電位を持っています。 ₀ =+1.229 V対標準水素電極（SHE）。これはAg ⁰ を酸化するのに十分です。 Ag ⁺ へ 検討対象のシステム内のイオン。これは、ハロゲン化物イオン（Br ^- ）の存在下での酸化エッチングに関する以前の研究によってさらに裏付けられます。 ）規則的な形状の金属ナノ粒子に対しては、すべての方向で異方性があります[43、44]。 Xu etal。 [43]は、Cl ^- またはBr ⁻ Agナノ結晶の（110）面をエッチングするのに好ましいイオン。この選択性は、Ag結晶面（111、110、および100）の表面自由エネルギーの違いに起因する可能性があります。 Guo etal。 [44]界面活性剤の表面不動態化を低減し、それにより側面での反応性を高めることにより、ナノロッド側からの選択的エッチング開始点を制御しました。 Agコアのエッチングは、図4に示すように、同様の反応条件下でのAg @ Cナノ粒子の実験的観察によっても確認されました。小さな黒い点（図4b）は、AgBrがAg点として分解されたことが原因である可能性があります。熱処理。概略図を使用して、Ag @ Cの合成プロセスと中空炭素質シェルの形成を説明できます（図4c）。

Ag @ Cコアシェルナノ粒子からのAgコアエッチング（ a ）中空炭素質構造（ b ）。 c Ag @Cナノ構造の形成と自己消化を示す概略図

図5に示すように、合成されたままのAg @ Cコアシェルナノケーブルと中空炭素質構造の対応するUV-Vis特性も測定されました。これにより、Agコアがナノケーブルからエッチングされたことも確認できます。 Ag @ Cナノケーブルは、約382 nmに強い吸収ピークを示し（図5bの曲線A）、強い表面プラズマ共鳴を生成できる金属銀の存在を示しています[39]。それどころか、図5bの曲線Cに示すように、炭素質ナノチューブは吸収ピークを示しません。さらに、FT-IRスペクトル（図5a）は、主にC =O、C–OH、OHなどの官能基が豊富な炭素質シースの形成を確認するためのものです[35]。

FT-IRスペクトル（ a ）によって測定されたAg @Cナノコンポジットおよび中空炭素質構造の光学特性 ）およびUV-Visibleスペクトル（ b ）

この合成方法の利用可能性は、銀だけでなく他の貴金属（金など）でも一般的なものであることが検証されました。ここでは、AuCl ₄ ⁻ イオンが選択され、Ag ⁺ よりもグルコースによって還元されやすくなっています。 AuCl ₄ の標準電気化学ポテンシャルのため、同じ条件下でイオン ⁻ / Au ⁰ ペア（0.99 V対SHE）はAg ⁺ よりも高い / Ag ⁰ ペア（0.799 V対SHE）[45、46]。重要なことに、AuはAgよりも安定しており、毒性がないため、生物医学的用途での光熱効果に有益です。

図6は、Au @C炭素質ナノ構造が時間とともに形成されたことを示しています。非球形のAuナノ粒子（図6a）は、報告された条件下で1時間以内に形成され、AuCl ₄ ⁻ イオンは最初にブドウ糖によって還元されました。一方、炭素質シースは、図6c–eに示すように、180°Cの温度で数時間グルコースを重合することにより、Auナノ粒子の周囲に形成されました。時間の経過とともに、炭素質シースの厚さは数ナノメートル（図6d）から数十ナノメートル（図6e）に厚くなり、シースの形状はAu粒子自体の形状に大きく関係しています。 Ag @ Cコアシェルナノ粒子の電子回折パターンは、それぞれ（100）、（110）、（111）、（200）、および（210）面に対応する回折リングとしてインデックス付けされました（図6f）。

時間とともに形成されるAu @ Cコアシェル構造： a 1 h、 b 3 h、 c 6 h、 d 12 h、および e それぞれ24h; f 粒子と回折リングのEDパターンは、（100）、（110）、（111）、（200）、および（210）としてインデックス付けされました。 g 単一のAu @ Cナノ粒子とそのHRTEM画像（ h ）およびインデックス付きEDパターン（ i ）単結晶で表示

コアシェル構造の単一Auナノ結晶の結晶格子（図6g）は、HRTEM技術によって特徴づけられました。図6hは、約0.238 nmの格子間隔をAu（111）面に割り当てることができるHRTEM画像を示しています[47、48]。図6iの電子回折スポットは、（100）、（200）、および（300）面としてインデックス付けされており、報告された条件下で形成された単一のAu結晶を示唆しています。

提案された合成戦略をさらに確認するために、Auナノロッドは、報告された熱水条件下でコアシェル構造として炭素質コーティングにも利用できました。図7は、ケーススタディとして、アスペクト比が約3.7のAuナノロッドへの炭素質シースのコーティングプロセスを示しています。時間の経過とともに、Auナノロッドの炭素質シースの厚さは約6 nm（図7b）から約15 nm（図7c）および約23 nm（図7d）に厚くなり、炭素質シースは球形に成長します-24時間後のように、Auナノロッドの長さの影響を受けません（図7d）。炭素質シース（灰色）と金ナノロッド（黒色）の有意なコントラストが観察されました。図7eおよびfは、炭素質コーティング前後の単一のAuナノロッドのHRTEM画像を示しています。 〜0.204 nmの格子間隔をAu（200）面に割り当てることができます。追加ファイル1：図S1に示すように、Au @CおよびAg @ Cナノ構造のエネルギー分散型分光（EDS）分析が実施されました。この研究では、炭素質シースが金の単結晶の構造に与える影響が少ないことがわかりました。

異なる反応時間で得られたAu @ Cコアシェル構造： a 0 h（元の金ナノロッド）、 b 4 h、 c 12 h、および d 24h。 e 単一のAuロッドのHRTEM画像。 f 単一のAu @ C炭素質ナノロッドのHRTEM画像

光学特性

図8に示すように、Au @ Cナノ構造の対応する光学特性をUV-Vis分光法で測定しました。Au@ Cナノ構造のUV-Vis吸収スペクトル（図6a–e）は、560 nm（図6a–e）から徐々に赤にシフトします。 a）〜565 nm（b）、〜580 nm（c）、〜590 nm（d）、および〜620 nm（e）、それぞれ、図8Aの強い吸収ピークで、シースの厚さが増加します（図。6c–d）。同様に、図7a〜dのAu @ Cナノロッドの場合、炭素質シースの厚さは、Auナノロッドの強い表面プラズモン共鳴（縦モード）に影響を与え、元の〜810 nm（a）から〜820nmへの赤のシフトにつながります。 （b）、〜826 nm（c）、および〜848 nm（d）は、それぞれ図8Bに示すように、518 nm付近にある別の表面プラズモン共鳴（横モード）はほぼ同じ位置に保たれています。つまり、炭素質シースは実際にAu @Cナノコンポジットの表面プラズモン共鳴に影響を与えます[36]。

Au @ CナノコンポジットのUV-Visスペクトル： A それぞれ1、3、6、12、および24時間で得られたAu @C炭素質非球形ナノ粒子。 B それぞれ0、4、12、24時間で得られたAu @C炭素質ナノロッド

よく知られているように、Auは貴金属であり、そのナノ粒子は強い表面プラズモン共鳴（SPR）を示す可能性があり、そのサイズ、形態、および周囲の媒体の影響を受ける可能性があります。 Au @ C非球形ナノ粒子（図6a–e）とAu @ Cナノロッド（図7a–d）はどちらも、UV-Visスペクトル（図8A、B）で徐々に赤にシフトするピークを伴う強いSPRを示します。 ）、おそらくAu表面の炭素質シェルの厚さの増加が原因です。これは以前の研究[49,50,51,52]によって裏付けられます。著者らは、金（Au）ナノ粒子などのフォトニックナノ構造の表面修飾が、選択的な光と物質の相互作用や迅速なエネルギー移動プロセスなどの新しい物理現象を引き起こす可能性があることを報告しました[49,50,51]。他の報告によると、炭素成分は、たとえば散乱効果を減らすことによって、このようなハイブリッドシステムの光と物質の相互作用にも影響を与える可能性があります。多層グラフェンシェル（サブ5 nmの厚さ）の存在は、カプセル化されたAuナノ粒子の光学特性と安定性（化学的および熱的）に影響を与えました[52]。

Au @ C炭素質ナノ構造のレーザー誘起熱（光熱）特性を調べた。 AuはAgよりも安定しており、生物系で無毒であるため、ケーススタディとしてAu @Cが選択されました。図9は、シェルの厚さが約6 nm、15 nm、23nmの異なるAu @ Cの光熱特性を示しています。青（冷たい）から赤（熱い）への色の変化は、Au @C懸濁液内の温度上昇を示します。詳細な温度変化が記録され、図9Bに示されています。最初の600秒間の照射では、4つのサンプルすべてで温度が急激に上昇します。温度は1200秒以上で漸近的に定常状態に近づきました。明らかに、表面コーティングはAu @ Cナノコンポジットの光吸収を低下させる可能性があり、裸のAuナノロッドよりも低い温度を示します。 〜23nmの炭素質シェルコーティングされたAuナノロッド。同様の傾向がAu @ SiO ₂ でも観察されました。 より厚いSiO ₂ であるナノコンポジット シェルにより温度が低下しました（例：5 nm SiO ₂ ） シェルは、裸のAuナノロッドと比較して約5°C低下しました[53]。

0.17 W / cm ² のレーザー出力密度でのAu @ C炭素質ナノコンポジットの光熱効果のレーザー誘起テスト 。 A 異なる厚さのAu @ Cナノ構造の水溶液の温度と照射時間の関係：炭素質コーティングのない裸のAuナノロッド、〜6 nm、〜15 nm、および〜23 nm、各システムの濃度が調整された800nmで1.0の消光強度を与えます。 B Au @ C炭素質ナノ構造の光熱画像は、0.17 W / cm ^{の下で（a）30、（b）60、（c）90、（d）180、（e）360、および（f）840秒で異なる時間を表します。 −2} 照射

炭素質シェルは温度を低下させましたが、生体分子（タンパク質、アミン）との反応により、裸のAuナノ粒子はバイオシステムで直接使用できないため、魅力的です。もちろん、競合するパラメータは、将来の作業で特定のアプリケーションに合わせて最適化する必要があります。一般に、カーボンシェルは、光吸収の大幅な低下を避けるために厚くなりすぎないように適切に制御する必要があります。また、シェルは薄すぎて光照射下で破損しないようにする必要があります。明らかに、裸のAuナノロッドとAu @ Cナノ複合材料の両方が、レーザー照射によって適切な範囲（たとえば、37〜47°C）に大幅な温度上昇をもたらす可能性があります。光学特性と光熱特性の関係については、Au @ Cナノ構造の場合、どちらも貴金属AuのSPRに依存しています。プラズモンAuナノ粒子に特有の現象であるSPRは、粒子表面に強い電磁場をもたらし、その結果、吸収や散乱などのすべての放射特性を強化します。さらに、外部光がAuナノ粒子の表面に作用する場合、強く吸収された光は、一連の非放射プロセスを介して迅速に熱に変換されます。前述のように、光熱特性は主にNIR光によって引き起こされますが、可視光によっては引き起こされません[54]。このようなAu @ C炭素質ナノコンポジットの実際の生物医学的応用のために、濃度、pH、粒子サイズ、および表面改質における関連パラメーターの最適化に焦点を当て、近い将来、さらに多くの作業を行う必要があることを指摘する必要があります。

結論

この研究では、熱水条件を制御することにより、さまざまな形態の貴金属炭素質ナノ複合材料（Au @ C、Ag @ C）を合成するための一般的な戦略を開発しました。いくつかの興味深い発見は次のように要約できます：

1. i）

   高温熱水反応（180〜200°C）により、貴金属@ Cコアシェルナノ構造が形成される可能性があります。このナノ構造では、グルコースが複数の役割を果たしました。金属イオンの還元剤、形状調整剤、表面保護。

2. ii）

   Ag @ Cコアシェルシステムの低温（60–100°C）熱水反応は、エッチャント（Br ^- ）により、Agをエッチングして中空の炭素質シースを得るのに有益でした。 / O ₂ ）。これは、中空カーボンナノ構造（例えば、チューブ）を製造するための簡単な道を開くかもしれません。ただし、Au @Cコアシェルナノ粒子は同じ条件下で非常に安定しています。

3. iii）

   生成されたAgまたはAuコアは十分に結晶化されていますが、炭素質シースはアモルファスです。および

4. iv）

   棒状のAu @ Cナノコンポジットは、光熱効果を示すためにレーザー誘起され、炭素質シェルの厚さは、生物医学的応用の可能性である光熱温度を調整できます。

一般に、この作業は、貴金属だけでなく、他の金属、金属酸化物、および無機材料に対しても、センサー、エネルギー貯蔵、触媒作用、および生物医学での潜在的な用途を備えた制御可能な炭素質ナノ構造を設計および構築するための、シンプルで効果的な合成戦略を提供します。 。

データと資料の可用性

この調査で提供されたデータと資料は、追加ファイル1で入手できます。

略語

Ag @ C：

銀炭素質ナノ構造

Au @ C：

金の炭素質ナノ構造

CCD：

電荷結合デバイス

CTAB：

セチルトリメチルアンモニウムブロミド

EDS：

エネルギー分散型分光法

FT-IR：

フーリエ変換赤外

GO：

酸化グラフェン

HRTEM：

高分解能透過型電子顕微鏡

PVA：

ポリ（ビニルアルコール）

SEM：

走査型電子顕微鏡

SHE：

標準水素電極

SPR：

表面プラズモン共鳴

TEM：

透過型電子顕微鏡

UV-Vis：

紫外可視分光計

XRD：

X線回折