Optical Properties and XPS-Characterization of Ag/Au Bimetallic Nanoparticles in Porous Sol-Gel Silica Films

Abstract

Ag/Au bimetallic nanoparticles (BMNP) in porous sol-gel silica films on glass substrates were obtained via hydrolysis of tetraethylorthosilicate (TEOS) in presence of template agent Pluronic P123 and definite amounts of AgNO3 and HAuCl4 by dip-coating procedure followed by a UV-irradiation and thermal treatment. UV-vis spectroscopy was employed to follow the changes in the position and intensity of the surface plasmon resonance band of the resulting BMNP, SEM was employed for morphology investigation. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used to determine the chemical states of Au and Ag as well as the surface composition of the resultant films. By utilizing the charging characteristics of the films prepared on a silicon wafer, via application of an external voltage bias, it was found that the Au and Ag nanoparticles are retained within the silica matrix and demonstrate similar charging behavior. Depending on the coating sequences of glass substrates by the silica sol precursors (Au/SiO2 or Ag/SiO2), resultant BMNP within silica film have alloy (Au/SiO2-Ag/SiO2) or core-shell (Ag/SiO2-Au/SiO2) structure.

Біметалічні наночастинки (БМНЧ) Ag/Au, інкорпоровані в пористу золь-гель кремнеземну плівку, були одержані шляхом гідролізу тетраетилортосилікату (ТЕОС) в присутності темплатного агента Pluronic P123 з додаванням AgNO3 і HAuCl4; нанесення плівок на субстрат проводилося методом "dip-coating" з наступним УФ-опроміненням і термообробкою. УФ- видима спектроскопія застосовувалася для реєстрації положення і інтенсивності максимумів поверхневого плазмонного резонансу БМНЧ, а рентгено-фотоелектронна спектроскопія - для визначення хімічного стану Au і Ag та встановлення поверхневого складу плівки. При використанні методики зарядження плівок на кремнієвій підкладинці шляхом накладання зовнішнього електричного потенціалу було встановлено, що наночастинки Au і Ag зв’язані з силікатною матрицею та демонструють однаковий відгук на накладений зовнішній негативний потенціал. В залежності від послідовності нанесення прекурсорів (Ag/SiO2 або Au/SiO2) на підкладинку, БМНЧ, які містяться в матриці кремнеземної плівки, формують структуру типу сплав (Au/SiO2-Ag/SiO2) або ядро-оболонка(Ag/SiO2-Au/SiO2).

Биметаллические наночастицы (БМНЧ) Ag/Au, инкорпорированные в пористую золь-гель кремнеземную пленку, были получены путем гидролиза тетраэтилортосиликата (ТЭОС) в присутствии темплатного агента Pluronic P123 с добавлением AgNO3 и HAuCl4; нанесение пленок на субстрат производилось методом "dip-coating" с последующим УФ-облучением и термообработкой. УФ-видимая спектроскопия использовалась для регистрации изменений в положении и интенсивности максимумов поглощения полос поверхностного плазмонного резонанса БМНЧ, а рентгено-фотоэлектронная спектроскопия – для определения химического состояния Au и Ag и установления поверхностного состава пленки. C помощью методики заряжения пленок на кремниевой подложке путем наложения внешнего электрического потенциала было установлено, что наночастицы Au и Ag связаны с силикатной матрицей и демонстрируют одинаковый отклик на приложенный внешний негативный потенциал. В зависимости от последовательности нанесения прекурсоров (Ag/SiO2 или Au/SiO2) на подложку, БМНЧ в матрице кремнеземной пленки образуют структуру типа сплав (Au/SiO2-Ag/SiO2) или ядро-оболочка (Ag/SiO2-Au/SiO2).