Seedless Synthesis of Gold Nanorods with Narrow Absorption Using Binary Surfactant Mixture

doi:10.7503/cjcu20200561

Abstract

Abstract:

A seedless synthetic method was developed for the preparation of high-quality gold nanorods（AuNRs） using binary surfactant mixture containing hexadecyltrimethylammonium bromide（CTAB） and sodium oleate（NaOL）. The morphologies， optical properties and photothermal performances were charac- terized by means of transmission electron microscopy（TEM）， UV-Vis-NIR spectroscopy and infrared thermal imaging system. The results indicate that uniform AuNRs can be obtained with a NaOL concentration between 8.21—11.5 mmol/L， and their longitudinal surface plasmon resonance（LSPR） wavelength can be tuned from 650 nm to 1150 nm. The AuNRs prepared with this method exhibited narrow LSPR peak， especially in the second near infrared-Ⅱ region（NIR-Ⅱ， λ>1000 nm）. Under the irradiation of 1064 nm laser， the temperature of AuNRs solution can increase to 67 ℃， with a photothermal conversion efficiency of 31.5%. The AuNRs also exhibited excellent photothermal stability under laser irradiation， which can be useful for photoacoustic imaging and photothermal therapy in the second near-infrared region.

Key words: Gold nanorods, Seedless synthesis, Sodium oleate, Photothermal therapy, Near infrared-Ⅱ （NIR-Ⅱ） region

CLC Number:

O611.4

TrendMD:

LU Feng, GONG Yi, ZHAO Ting, ZHAO Ning, JU Wenwen, FAN Quli, HUANG Wei. Seedless Synthesis of Gold Nanorods with Narrow Absorption Using Binary Surfactant Mixture[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(3): 700.

Figures/Tables 7

References 39

1	Meng L. Q.， Zhang J. S.， Li H. Q.， Zhao W. W.， Zhao T. G.， J. Nanomater.， 2019， 2019， 4925702
2	Zeng J. B.， Zhang Y.， Zeng T.， Aleisa R.， Qiu Z. W.， Chen Y. Z.， Huang J. K.， Wang D. W.， Yan Z. F.， Yin Y. D.， Nano Today， 2020， 32， 100855
3	Fan Z.， Bosman M.， Huang Z.， Chen Y.， Ling C.， Wu L.， Akimov Y. A.， Laskowski R.， Chen B.， Ercius P.， Zhang J.， Qi X.， Goh M. H.， Ge Y.， Zhang Z.， Niu W.， Wang J.， Zheng H.， Zhang H.， Nat. Commun.， 2020， 11（1）， 3293
4	Song Z. Q.， Gong B. J.， Wang L.， Feng J.， Wang B.， Yan H. J.， Li Z. M.， Sun H. C.， Chem. J. Chinese Universities， 2019， 40（1）， 166—172（宋子琦，公柏娟，王璐，冯婧，王博，闫弘静，李志民，孙宏晨. 高等学校化学学报， 2019， 40（1）， 166—172）
5	Nikoobakht B.， El⁃Sayed M. A.， Chem. Mater.， 2003， 15（10）， 1957—1962
6	Chang H. H.， Murphy C. J.， Chem. Mater.， 2018， 30（4）， 1427—1435
7	Chen Y. S.， Zhao Y.， Yoon S. J.， Gambhir S. S.， Emelianov S.， Nat. Nanotechnol.， 2019， 14（5）， 465—472
8	Martin C. R.， Science， 1994， 266（5193）， 1961—1966
9	An L.， Wang Y. Y.， Tian Q. W.， Yang S. P.， Materials， 2017， 10（12）， 1372
10	Huang X. H.， Neretina S.， El-Sayed M. A.， Adv. Mater.， 2009， 21（48）， 4880—4910
11	Lohse S. E.， Murphy C. J.， Chem. Mater.， 2013， 25（8）， 1250—1261
12	Jana N. R.， Gearheart L.， Murphy C. J.， J. Phys. Chem. B， 2001， 105（19）， 4065—4067
13	Khlebtsov B. N.， Khanadeev V. A.， Ye J.， Sukhorukov G. B.， Khlebtsov N. G.， Langmuir， 2014， 30（6）， 1696—1703
14	Kim F.， Song J. H.， Yang P. D.， J. Am. Chem. Soc.， 2002， 124（48）， 14316—14317
15	Niidome Y.， Nishioka K.， Kawasaki H.， Yamada S.， Chem. Commun.， 2003， 2376—2377
16	Yu Y. Y.， Chang S. S.， Lee C. L.， Wang C. R. C.， J. Phys. Chem. B， 1997， 101（34）， 6661—6664
17	Evans P.， Hendren W. R.， Atkinson R.， Wurtz G. A.， Dickson W.， Zayats A. V.， Pollard R. J.， Nanotechnology， 2006， 17（23）， 5746—5753
18	Ye X. C.， Jin L. H.， Caglayan H.， Chen J.， Xing G. Z.， Zheng C.， Doan-Nguyen V.， Kang Y. J.， Engheta N.， Kagan C. R.， Murray C. B.， ACS Nano， 2012， 6（3）， 2804—2817
19	Ye X. C.， Zheng C.， Chen J.， Gao Y. Z.， Murray C. B.， Nano Lett.， 2013， 13（2）， 765—771
20	Ye X. C.， Gao Y. Z.， Chen J.， Reifsnyder D. C.， Zheng C.， Murray C. B.， Nano Lett.， 2013， 13（5）， 2163—2171
21	Jana N. R.， Small， 2005， 1（8/9）， 875—882
22	Ali M. R. K.， Snyder B.， El⁃Sayed M. A.， Langmuir， 2012， 28（25）， 9807—9815
23	Roach L.， Ye S. J.， Moorcroft S. C. T.， Critchley K.， Coletta P. L.， Evans S. D.， Nanotechnology， 2018， 29， 135601
24	Requejo K. I.， Liopo A. V.， Zubarev E. R.， Langmuir， 2020， 36（14）， 3758—3769
25	Liu K.， Bu Y. R.， Zheng Y. H.， Jiang X. C.， Yu A. B.， Wang H. T.， Chem. Eur. J.， 2017， 23（14）， 3291—3299
26	Li M.， Qian L. Y.， Han C. Q.， Spectrosc. Lett.， 2017， 50（10）， 585—590
27	Kaur P.， Chudasama B.， J. Mater. Sci.， 2017， 52（19）， 11675—11687
28	Xu X. L.， Zhao Y. Y.， Xue X. D.， Huo S. D.， Chen F.， Zou G. Z.， Liang X. J.， J. Mater. Chem. A， 2014， 2（10）， 3528—3535
29	Wang W. J.， Li J.， Lan S. J.， Rong L.， Liu Y.， Sheng Y.， Zhang H.， Yang B.， Nanotechnology， 2016， 27（16）， 165601
30	Bashkatov A. N.， Genina E. A.， Kochubey V. I.， Tuchin V. V.， J. Phys. D： Appl. Phys.， 2005， 38（15）， 2543—2555
31	Zhou Y.， Zeng H. C.， J. Am. Chem. Soc.， 2014， 136（39）， 13805—13817
32	Edgar J. A.， McDonagh A. M.， Cortie M. B.， ACS Nano， 2012， 6（2）， 1116—1125
33	Liu M. Z.， Guyot⁃Sionnest P.， J. Phys. Chem. B， 2005， 109（47）， 22192—22200
34	Wang Z. M.， Zhen X.， Upputuri P. K.， Jiang Y. Y.， Lau J. W.， Pramanik M.， Pu K. Y.， Xing B. G.， ACS Nano， 2019， 13（5）， 5816—5825
35	Cui J. B.， Jiang R.， Guo C.， Bai X. L.， Xu S. Y.， Wang L. Y.， J. Am. Chem. Soc.， 2018， 140（18）， 5890—5894
36	Zhang C. C.， Sun W. J.， Wang Y.， Xu F.， Qu J.， Xia J. D.， Shen M. W.， Shi X. Y.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2020， 12（8）， 9107—9117
37	Liu Y.， Wang D. D.， Zhao L.， Lin M.， Sun H. Z.， Sun H. C.， Yang B.， RSC Adv.， 2016， 6（19）， 15854—15860
38	Wen G.， Li X.， Zhang Y.， Han X.， Xu X.， Liu C.， Chan K. W. Y.， Lee C. S.， Yin C.， Bian L.， Wang L.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2020， 12（30）， 33492—33499
39	Dreaden E. C.， Alkilany A. M.， Huang X. H.， Murphy C. J.， El⁃Sayed M. A.， Chem. Soc. Rev.， 2012， 41（7）， 2740—2779

Method				LSPR/nm	FWHM^*/nm
c(CTAB)/(mmol·L^-1)	c(NaOL)/(mmol·L^-1)	V(AA)/μL	V(HCl)/mL	LSPR/nm	FWHM^*/nm
49	11.5	37.5	0.36	734	106
49	11.5	62.5	0.36	768	123
49	11.5	75	0.36	800	146
49	8.21	75	0.36	833	149
49	8.21	37.5	0.36	889	144
38	8.21	37.5	0.72	984	156
38	8.21	37.5	0.86	1026	168
38	8.21	37.5	1.08	1071	191
Seedless method		Reference [25]		794	172
		Reference [22]		806	194
		Reference [29]		830	219
		Reference [23]		897	164
		Reference [26]		1000	230
		Reference [28]		1020	273
Seeded method		Reference [5]		793	152
		Reference [13]		950	150
		Reference [19]		1068	170

Method				LSPR/nm	FWHM^*/nm
c(CTAB)/(mmol·L^-1)	c(NaOL)/(mmol·L^-1)	V(AA)/μL	V(HCl)/mL	LSPR/nm	FWHM^*/nm
49	11.5	37.5	0.36	734	106
49	11.5	62.5	0.36	768	123
49	11.5	75	0.36	800	146
49	8.21	75	0.36	833	149
49	8.21	37.5	0.36	889	144
38	8.21	37.5	0.72	984	156
38	8.21	37.5	0.86	1026	168
38	8.21	37.5	1.08	1071	191
Seedless method		Reference [25]		794	172
		Reference [22]		806	194
		Reference [29]		830	219
		Reference [23]		897	164
		Reference [26]		1000	230
		Reference [28]		1020	273
Seeded method		Reference [5]		793	152
		Reference [13]		950	150
		Reference [19]		1068	170

[1]	LIU Shuwei, JIN Hao, YIN Wanzhong, ZHANG Hao. Gemcitabine/polypyrrole Composite Nanoparticles for Chemo-photothermal Combination Ovarian Cancer Therapy [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220345.
[2]	FAN Xiaohui, WANG Yang, YANG Yuanyuan, ZHANG Yuhong. Preparation and Properties of Gold Nanocages/Hyaluronic Acid Core-shell Nanocarriers with pH/Enzyme/ Photothermal Multiple Responses [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(4): 20210855.
[3]	WANG Xueli, SONG Xiangwei, XIE Yanning, DU Niyang, WANG Zhenxin. Preparation， Characterization of Partially Reduced Graphene Oxide and Its Killing Effect on Human Cervical Cancer Cells [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(2): 20210595.
[4]	WU Fengren,LIU Yongjia,LU Xuemin,ZHU Bangshang. Controllable Preparation of Polydopamine Modified Gold Nanoflowers and Its Application in Photothermal Therapy ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(3): 465.
[5]	SHAO Wei, LEE Jiyoung, LI Fangyuan, LING Daishun. Organic Small Molecule Nanoparticles for Phototheranostics [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(11): 2356.
[6]	SONG Ziqi,GONG Baijuan,WANG Lu,FENG Jing,WANG Bo,YAN Hongjing,LI Zhimin,SUN Hongchen. Polydopamine-coated Gold Nanorods for Rat Submandibular Gland Radiography^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(1): 166.
[7]	ZHANG Shupeng, CHENG Youxing, REN Lei, WEN Kai, LÜ Xiaolin, YE Shefang, ZHOU Xi. Reparation and Photothermal Properties of Prussian Blue Nanoparticles with Different Morphologies^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(2): 359.
[8]	WANG Xueli,WANG Zhenxin. Preparation of a Targeted Tumor Nanocomposites for Combined Photodynamic-photothermal Therapy Based on Partially Reduced Graphene Oxide^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(10): 2185.
[9]	HAN Linhuan, LI Kaifeng, CHEN Yanwei. Growth of Gold Nanorods and Their Interaction with Ferric Chloride^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2017, 38(5): 706.
[10]	JIN Xintian, LIU Gang, LI Junzhe, SUN Lili, WANG Junrong, LI Junfeng, LI Pei, CHEN Wenqing, WANG Qiang, TONG Ti. Preparation of Hyaluronic Acid-modified Mesoporous Silica-coated Gold Nanorods and Their Application in Chemo-Photothermal Therapy of Cancer [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(2): 224.
[11]	CHEN Ming-Jie, XIONG Xiao-Min, SHEN Hui, LIU Hai-Feng. Praperation of Fe₃O₄ Hexane Ferrofluid with Phase-transfer Method [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(8): 1801.
[12]	SONG Wen-Zhi, JIANG Ya-Ping, JI Xiao-Hui, ZHAO Li-Li, YIN Wan-Zhong, YANG Wen-Sheng. Inhibition Effect of NIR Photothermal Therapy Mediated by Gold Nanoflowers on Proliferation of Human Laryngocarcinoma Hep-2 Cells [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2012, 33(09): 1886.