Preparation of nanomaterials from a complex of gold salt and cyclodextrin

Ondřej Novák

Bachelor's thesis

Abstract:

Tato bakalářská práce se zaměřuje na chemickou syntézu jehličkovitých komplexů KAuBr4 s -cyklodextriny, následovanou jejich využitím jako prekurzorů v technice reaktivní laserové ablace v kapalinách (RLAL) pro generování nanočástic s nekulatými morfologiemi. RLAL zahrnuje použití pulzního laseru pro ozáření pevného plíšku, jako je zlato, ponořeného do kapalného média, čímž se z ní extrahují nanočástice. V rámci tohoto procesu fungují suspendované komplexy v kapalině jako řídící látky růstu, které řídí formování zlatých nanočástic po extrakci prostřednictvím ablace. V důsledku toho mají vznikající nanočástice modifikované tvary ve srovnání s typicky kulatými zlatými nanočásticemi získanými bez přidání komplexů. Klíčovým pozorováním je, že vytvoření opravdu malých nanočástic, včetně klastrů, hraje zásadní roli v tvarování, ovlivněné přítomností těchto komplexů. Tyto jehličkovité komplexy efektivně zachycují takové malé částice, čímž ovlivňují konečnou morfologii nanočástic. Úspěch tohoto úsilí značně závisí na identifikaci optimálních parametrů metody, zejména intenzity laseru. Použití femtosekundového laseru na maximální výkon významně degraduje prekurzorové komplexy kvůli jejich organické uhlíkové povaze. Kvůli tomu byla provedena úprava pozice zlatého plíšku vůči laseru, aby se zabránilo přímé ablaci v ohniskové vzdálenosti po zaostření laserového paprsku. Tato modifikace účinně snižuje intenzitu laseru během experimentování, čímž vytváří příznivější podmínky pro cyklodextrinové komplexy. Navíc toto snížení usnadňuje generování malých částic a klastrů během ablace, které se převážně odehrává ve fázi vypařování procesu. Tímto způsobem byly úspěšně syntetizovány nekulaté nanočástice, i když bez přesné kontroly nad jejich vznikajícími tvary. Souhrnně řečeno, tato práce představuje nový přístup k syntéze nanočástic modifikovaného tvaru, který využívá cyklodextrinové komplexy jako řídící prekurzory v rámci RLAL.

Abstract:

The current bachelor's thesis focuses on the chemical synthesis of needle-shaped KAuBr4 complex with -cyclodextrins, followed by their utilization as precursors in the reactive laser ablation in liquids (RLAL) technique for generating nanoparticles with non-spherical morphologies. RLAL involves the use of a pulsed laser to irradiate a solid plate, such as gold, immersed in a liquid medium, extracting nanoparticles from it. Within this process, the suspended complexes in the liquid act as growth-directing agents, guiding the formation of gold nanoparticles post-extraction through ablation. As a result, the emerging nanoparticles exhibit altered shapes compared to the typically spherical gold nanoparticles obtained without the addition of complexes. A crucial observation is that the creation of genuinely small nanoparticles, including clusters, plays a pivotal role in shaping, influenced by the presence of these complexes. These needle-shaped complexes eiciently capture such small particles, thus impacting the final nanoparticle morphology. The success of this endeavor heavily hinges on identifying optimal method parameters, particularly laser intensity. The use of a femtosecond laser at maximum power significantly degrades the precursor complexes due to their organic carbon composition. Consequently, adjustments to the gold plate's position relative to the laser were implemented to prevent direct ablation at the focal distance after focusing the laser beam. This modification effectively reduces laser intensity during experimentation, creating more conducive conditions for the cyclodextrin complexes. Furthermore, this reduction facilitates the generation of small particles and clusters during ablation, primarily occurring in the evaporation phase of the process. Through this methodology, non-spherical nanoparticles were synthesized successfully, albeit without precise control over their resulting shapes. Essentially, this research introduces a novel approach to shape-modified nanoparticle synthesis, employing cyclodextrin complexes as growth-directing precursors within an RLAL framework.

Keywords

nanočástice zlata, cyklodextriny, laserová syntéza v kapalinách, reaktivní laserová ablace, chemické řízení růstu, nanočástice modifikovaného tvaru

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 5. 2024

Thesis defence

• Supervisor: Dr. Rafael Torres

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Bachelor programme / field:
Nanotechnology / Nanotechnologie